A digitally controlled FM MEMS gyroscope system
Dijital olarak kontrol edilen FM MEMS dönüölçer sistemi
- Tez No: 792692
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Bu tez, taktiksel ve seyrüsefer seviyeli uygulamalar için geliştirilmiş kısa ve uzun vadeli kararlılığa sahip, dijital olarak kontrol edilen yüksek performanslı bir FM MEMS dönüölçer sistemini sunmaktadır. Dijital dönüölçer sistemi, basitleştirilmiş elektronik donanım, küçük boyut, düşük güç ve farklı çalışma koşulları için kolay konfigürasyon için programlama ile artırılmış esneklik, gerçek zamanlı gelişmiş kalibrasyon ve kapsamlı test edilebilirlik gibi bir dizi avantaja sahiptir. Sistem, literatürde yüksek güçlü FPGA'lar ile uygulanan FM MEMS dönüölçer sistemlerinin aksine düşük güçlü bir mikrodenetleyici ile gerçeklenmiştir ve ticari yüksek performanslı MEMS dönüölçerler ile karşılaştırılabilir boyutta kompakt bir sensör paketine sığdırılması ile ticarileştirilmiş bir ürün olarak sunulabilmektedir. Sistem, 8 adet dijital kontrol döngüsü için 75 kHz'den daha yüksek dijital kontrol döngüsü hızları gerektiren yaklaşık 7,5 kHz mekanik rezonans frekansına sahip bir MEMS dönüölçer için geliştirilmiştir. Bu zorlu dijital kontrol döngüsü hızlarına, donanım hızlandırıcıları ve kayıt düzeyinde programlama yöntemleri kullanılarak ulaşılabilmektedir. En kritik dijital kontrol döngüsü, FM çıkışının frekans okuması için kullanılan PLL döngüsüdür ve bu döngü, offset kararsızlığını geliştiren Lissajous FM yönteminin uygulanması için gerekli olan 100Hz'den daha büyük bir ölçüm bant genişliği elde etmek için dikkatlice tasarlanmıştır. Literatürde ilk kez asimetrik MEMS jiroskop ile Lissajous FM yöntemi kullanılarak dönüölçerin açısal rastgele yürüyüş (ARW) performansı önemli ölçüde iyileştirildi; bu yaklaşım, birinci ve ikinci rezonans modlarının salınım genlik oranının 2500'e kadar çıkmasını sağlamaktadır (tamamen simetrik dönüölçer yapılarında 25'ten düşük değerlerin aksine), bu da 875Hz/(rad/sn) gibi rekor bir yüksek orantı katsayısı vermektedir, literatürde FM MEMS dönüölçerler için bildirilenlerden 100 kat daha yüksek. FM MEMS dönüölçer sisteminin performansı, 0,52°/saat/Hz'lik bir ARW değeri ve 0,2°/saat'lik bir ofset kararsızlığı değeri sağlayacak şekilde ölçülür ve literatürde bildirilen en iyi FM MEMS jiroskop sisteminin(yüksek güçlü ve hantal bir FPGA kartı ile geliştirilen) her bir değeri için yaklaşık 6 kat daha iyi performans göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents a digitally controlled high performance FM MEMS gyroscope system with improved short and long term stability for tactical and near navigation grade applications. The digital gyroscope system has a number of advantages such as simplified electronic hardware, small size, low power, and increased flexibility with software programming for easy configuration for different operation conditions, real-time advanced calibration, and extensive testability. The system is implemented with a low-power microcontroller as opposed to the FM MEMS gyroscope systems implemented with high-power FPGAs in literature, and it is fit into a compact sensor package comparable in the size of the commercial high-performance MEMS gyroscopes so that it can be offered as a commercialized product. The system is developed for a MEMS gyroscope that has a mechanical resonant frequency of about 7.5kHz, which requires digital control loop speeds faster than 75kHz for the 8 implemented digital control loops. These challenging digital control loop speeds are achieved using hardware accelerators and register-level programming methods. The most critical digital control loop is the PLL loop that is used for frequency reading of the FM output, and this loop is carefully designed for obtaining a measurement bandwidth greater than 100Hz which is necessary for the implementation of the Lissajous FM method to achieve an improved bias instability of the gyroscope. The angular random walk (ARW) performance of the gyroscope is improved significantly by using the Lissajous FM method with an asymmetric MEMS gyroscope for the first time in the literature; as this approach allows to obtain an oscillation amplitude ratio of the first and second resonant modes as high as 2500 (as opposed to values lower than 25 in fully symmetric gyroscope structures) which yields to a record high scale factor of 875Hz/(rad/sec), i.e., two orders of magnitude higher than those reported for the FM MEMS gyroscopes in literature. The performance of the FM MEMS gyroscope system is measured to provide an ARW value of 0.52°/hr/Hz and bias instability value of 0.2°/hr, demonstrating about 6 times better performance for each value of the best FM MEMS gyroscope system reported in the literature implemented with a high-power and bulky FPGA board.
Benzer Tezler
- A low-power capacitive integrated CMOS readout circuitry for high performance MEMS accelerometers
Yüksek performanslı MEMS ivmeölçerler için düşük güç tüketimli kapasitif tümleşik CMOS okuma devresi
OSMAN SAMET İNCEDERE
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Global optimizasyon metodu kullanılarak bir doğru akım motorunun hız konrolunun gerçekleştirilmesi
Speed control of a DC motor with global optimization method
OGÜN TIĞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. İBRAHİM EKSİN
- Fizyolojik sinyallerin radyo dalgaları ile hastane içerisinde bir yerden başka bir yere iletilmesi
Başlık çevirisi yok
ÖMEN KODAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İNAN GÜLER
- Mikroişleyici denetimli doğrudan sayısal frekans sentezörü
Başlık çevirisi yok
NİZAMETTİN ÇOBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. SELÇUK GEÇİM
DR. DEMİR ÖNER
- Kripto paranın muhasebeleştirilmesi ve vergilendirilmesi
Crypto currency accounting and taxation
ARİF AYDIN