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마이크로 자이로스코프를 위한 PD 제어기 설계 및 성능시험
성운탁(Woon Tahk Sung),송진우(Jin Woo Song),이장규(Jang Gyu Lee),강태삼(Taesam Kang) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.3
본 논문에서는 마이크로 자이로스코프를 위한 폐루프 제어기를 설계하여 그 성능이 개선됨을 보였다. 마이크로 자이로스코프는 높은 Q값을 가지는 시스템으로 그 특성상 공진 영역에서 동작하게 되는데, 개루프로 동작할 경우 선형성, 대역폭 등의 성능에 제약이 있게 된다. 폐루프 제어기는 개루프 동작시의 이러한 제약을 극복하고 성능을 개선할 수 있도록 한다. 본 연구에서는 PD 제어기를 적용하였으며 실험 대상이 된 마이크로 자이로스코프는 서울대에서 설계하고 Bosch foundry에서 제작한 SNU-Bosch MEMS 자이로스코프를 사용하였다. 실험을 통해 폐루프 제어기의 성능을 검증한 결과 대역폭은 35㎐에서 78㎐로, 선형성은 2.07%에서 0.504%로, 바이어스 안정도는 0.066deg/sec에서 0.043deg/sec로 개선되는 것을 확인할 수 있었다. This paper presents a performance improvement result with the aid of closed feedback controller loop to a micro gyroscope. The dynamic model of a micro gyroscope is derived and a conventional proportional and derivative controller is designed via frequency domain analysis. The proposed control loop is implemented using several analog devices and applied to the SNU-Bosch MEMS gyroscope to check its performance improvement in real environment. The experiments demonstrated the performance improvement with the proposed feedback control loop. The bandwidth, linearity, and bias stability are improved to 78 ㎐, 0.504 %, and 0.043 deg/sec, respectively, from 35 ㎐, 2.07 %, and 0.066 deg/sec of open loop system.
정형균(Hyoung-Kyoon Jung),황영석(Young-Seok Hwang),성운탁(Woon-Tahk Sung),장현기(Hyun-Kee Chang),이장규(Jang-Gyu Lee),김용권(Yong-Kweon Kim) 대한전기학회 2006 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2006 No.7
In this paper, a non-vacuum packaged single crystalline silicon MEMS gyroscope is designed, fabricated and tested. To reduce air damping of the gyroscope structure for non-vacuum packaging, air damping model is used and damping is minimized by analysis. The inner and outer spring length is optimized by ANSYS simulation for rigid body motion. The gyroscope is fabricated by SiOG(Silicon On Glass) process. The performance of the gyroscope is measured to evaluate the characteristic of the gyroscope. The sensitivity, non-linearity, noise density and the bias stability are measured to 9.7693 ㎷/deg/s, 04265%, 2.3 mdeg/s/rtHz and 16.1014 deg/s, respectively.