专利名称：用于谐振器件的开环启动方法
技术领域：
本发明一般涉及用于谐振器件的启动方法。更具体地，本发明涉及一种用于回转仪传感器快速可靠启动的开环方法。
背景技术：
图1说明使用谐振器件20(例如，回转仪传感器)的闭环谐振系统，该谐振器件需要通过闭环控制器30工作于其谐振频率，从而提供有用的谐振输出信号。此时，如本领域所知，用于谐振器件20的启动方法依靠闭环控制器30中的噪声来产生一个闭环驱动信号CDS，用于在谐振器件20的谐振频率建立闭环振荡，从而促使谐振器件20产生谐振输出信号ROS。谐振输出信号ROS用作为经由闭环控制器到闭环驱动信号CDS的反馈，以把谐振器件20的闭环振荡稳定在其谐振频率。该闭环启动方法的缺点是要求闭环驱动信号CDS宽频谱且大幅度，在与谐振器件20精细调谐的闭环控制器30内也需要一个反馈电路。这造成谐振器件制造参数上的严格限制并且增加批量生产音叉谐振器件的成本，特别考虑这样的事实，用于制造谐振器件的已知工艺中不可避免的变化引起大量谐振器件中谐振频率的差异。
发明内容
本发明通过提供一种用于启动谐振器件振荡的新的唯一的方法提高了技术。
本发明的一种形式是一种方法，包括在谐振器件的谐振频率建立其开环振荡和基于谐振器件在其谐振频率的开环振荡在谐振器件的谐振频率建立其闭环振荡。
本发明的第二形式是一种系统，使用谐振器件和与该谐振器件电通信的控制器。控制器在谐振器件的谐振频率建立其开环振荡，其后基于谐振器件在其谐振频率的开环振荡建立其闭环振荡。
本发明的第三形式是一种控制器，使用处理器和与该处理器电通信的驱动模块。当驱动模块与谐振器件电通信时，处理器操作驱动模块以在谐振器件的谐振频率建立其开环振荡。其后处理器操作驱动模块，从而基于谐振器件在其谐振频率的开环振荡在其谐振频率建立其闭环振荡。
本发明的第四形式是一种方法，包括基于与谐振器件设计相关的标准谐振频率范围把开环驱动信号加载到谐振器件，基于标准谐振频率范围调谐开环驱动信号以促进谐振器件谐振输出信号的生成，以及测量和表示谐振输出信号的频率，作为谐振器件的校准谐振频率。
本发明的第五形式是一种系统，使用谐振器件和与该谐振器件电通信的控制器。该控制器基于与谐振器件设计相关的标准谐振频率范围把开环驱动信号加载到谐振器件，基于标准谐振频率范围调谐开环驱动信号以促进谐振器件谐振输出信号的生成，并且测量和表示谐振输出信号的频率，作为谐振器件的校准谐振频率。
本发明的第六形式是一种控制器，使用处理器和与该处理器电通信的驱动模块。当驱动模块与谐振器件电通信时，处理器操作驱动模块，从而基于与谐振器件设计相关的标准谐振频率范围把开环驱动信号加载到谐振器件，并且基于标准谐振频率范围调谐开环驱动信号以促进谐振器件谐振输出信号的生成。处理器测量并表示谐振输出信号的频率，作为谐振器件的校准谐振频率。
本发明的第七形式是一种方法，包括基于校准谐振频率把开环驱动信号加载到谐振器件，基于由校准谐振频率定义的校准频率范围调谐开环驱动信号以促进谐振器件谐振输出信号的生成，以及谐振器件在谐振频率生成谐振输出信号之后把闭环驱动信号加载到谐振器件。
本发明的第八形式是一种系统，使用谐振器件和与该谐振器件电通信的控制器。该控制器基于校准谐振频率把开环驱动信号加载到谐振器件，基于由校准谐振频率定义的校准频率范围调谐开环驱动信号以促进谐振器件谐振输出信号的生成，并且在谐振器件在谐振频率生成谐振输出信号之后把闭环驱动信号加载到谐振器件。
本发明的第九形式是一种控制器，使用处理器和与该处理器电通信的驱动模块。当驱动模块与谐振器件电通信时，处理器操作驱动模块，从而基于校准谐振频率把开环驱动信号加载到谐振器件，并且基于由校准谐振频率定义的校准频率范围调谐开环驱动信号以促进谐振器件谐振输出信号的生成。其后处理器操作驱动模块，从而在谐振器件在谐振频率生成谐振输出信号之后把闭环驱动信号加载到谐振器件。
术语“电通信”在这里定义为一种电连接，一种电耦合或用于把一个器件的输出信号电加载到第二器件输入的任意其它技术。
根据优选实施例的下列详细描述，结合附图，前述形式和其它形式，本发明的特色和优点将进一步变得显而易见。详细描述和附图对于本发明仅是说明性的，而非限制由权利要求书及其等价物所定义的本发明的范围。
图1说明本领域公知的一种闭环谐振系统；图2依照本发明说明一种开环谐振系统；图3依照本发明说明表示谐振启动方法第一实施例的流程图，用于如图1和2所示的谐振器件；
图4依照本发明说明表示校准启动级的一个实施例的流程图，用于如图3所示谐振启动方法；图5依照本发明说明表示标准操作启动级的一个实施例的流程图，用于如图3所示的谐振启动方法；图6依照本发明说明回转仪系统的一个实施例；图7依照本发明说明表示回转仪启动方法的一个实施例的流程图，用于如图6所示的回转仪传感器；图8依照本发明说明表示校准启动程序的一个实施例的流程图，用于如图7所示的回转仪启动方法；图9依照本发明说明表示电动机位置测定程序的一个实施例的流程图，用于如图8所示的校准启动程序；图10说明图6中回转仪系统的典型开环操作；图11依照本发明说明表示标准操作启动程序的一个实施例的流程图，用于如图7所示的回转仪启动方法；图12依照本发明说明表示回转仪控制程序的一个实施例的流程图，用于如图7所示的回转仪启动方法；和图13说明图6中回转仪系统的典型闭环操作。
具体实施例方式
图3说明的流程图70表示一种方法，用于启动谐振器件20(图1)。在流程图70对谐振器件20实行初始化的过程中，相继实现流程图70级S72的校准启动模式和流程图70级S74的标准操作启动模式。其后，在流程图70随后的操作过程中可以省略流程图70级S72的校准启动模式，特别是当级S72的校准启动模式先于商业应用和本发明的销售在工厂环境中实现时。
级S72的校准启动模式包括由开环控制器31在谐振器件20的谐振频率建立其开环振荡，如图2所示。实际上，用于实现级S72的行为依赖于谐振器件20的设计和开环控制器31的设计，并且因此不受限制。在级S72的一个实施例中，执行图4所示的流程图80。
流程图80的级S82包括由开环控制器31基于与谐振器件20的设计相关的标准谐振频率范围把开环驱动信号ODS加载到谐振器件20，如图2所示。流程图80的级S84包括由开环控制器31在标准谐振频率范围内调谐开环驱动信号ODS(例如，搜索或扫描)，从而促进谐振器件在其谐振频率生成谐振输出信号ROS，如图2所示。流程图80的级S86包括由开环控制器31测量和表示谐振输出信号ROS的频率，作为谐振器件20的校准谐振频率。实际上，用于实现级S82-S86的行为也依赖于谐振器件20和开环控制器31的设计，并且因此不受限制。
级S74的标准操作启动模式包括由控制器30和31在谐振器件20的谐振频率建立其闭环振荡，基于谐振器件20在其谐振频率的开环振荡。实际上，用于实现级S74的行为也依赖于谐振器件20以及控制器30和31的设计，并且因此不受限制。在级S74的一个实施例中，执行图5所示的流程图90。
流程图90的级S92包括由开环控制器31基于校准谐振频率把开环驱动信号ODS加载到谐振器件20，如图2所示。流程图90的级S94包括由开环控制器31在由校准谐振频率定义的校准频率范围内调谐开环驱动信号ODS(例如，搜索或扫描)，从而促进谐振器件20在其谐振频率生成谐振输出信号ROS，如图2所示。流程图90的级S96包括由闭环控制器30在谐振器件20在其谐振频率生成谐振输出信号ROS之后把闭环驱动信号CDS加载到谐振器件20，如图3所示。实际上，用于实现级S92-S96的行为也依赖于谐振器件20以及控制器30和3 1的设计，并且因此不受限制。
图6说明控制器33，作为一个示范结构配置，用于实现流程图70(图3)来启动回转仪传感器21(例如，音叉回转仪传感器)形式的谐振器件。控制器33使用驱动模块40、总线50、数字信号处理器60和非易失性存储器61。驱动模块40使用一个电动机驱动生成器41、一个电动机位置处理器42、一个速度信号处理器43和一个积分回零生成器(quadrature nulling generator)44。驱动模块40进一步使用一个单刀双掷(SPDT)开关45，用于控制器33在开环状态和闭环状态之间转换，如下文所描述。
电动机驱动生成器41的驱动信号输出DSO电连接到回转仪传感器21的驱动信号输入DSI。回转仪传感器21的电动机位置输出MPO电连接到电动机位置处理器42的电动机位置输入MPI。电动机位置处理器42的响应信号输出RSO经由到总线50的电连接，电连接到数字信号处理器60，并且可以经由开关45电连接到电动机驱动生成器41。
回转仪传感器21的角速度输出ARO电连接到速度信号处理器43的角速度输入ARI。速度信号处理器43的速度信号输出RTO经由到总线50的电连接，电连接到数字信号处理器60。积分回零生成器44的电动机偏置输入MBI经由到总线50的电连接，电连接到数字信号处理器60。
为了描述图6时简单起见，积分回零生成器44的电动机偏置输出MBO电连接到回转仪传感器21的回转仪偏置输入GBI。但是实际上，本领域的普通技术人员很容易想到，积分回零生成器44的电动机偏置输出MBO或者以在驱动模块40内部或外部的方式电连接到电动机驱动生成器41的驱动信号输出DSO，或者电连接到电动机驱动生成器41的驱动偏置输入(未显示)，由此回转仪传感器21接收一个由来自电动机驱动生成器41的交流分量和来自积分回零生成器44的直流分量构成的驱动信号。
SPDT开关45的基接线端电连接到电动机驱动生成器41的驱动生成器输DGI。SPDT开关45的开环接线端47经由到总线50的电连接，电连接到数字信号处理器60。SPDT开关45的闭环接线端48电连接到电动机位置处理器42的响应信号输出RSO。SPDT开关45的控制输入(未显示)经由到总线50的电连接与数字信号处理器60电通信。
数字处理器60和非易失性存储器61经由到总线50的电连接，电连接在一起。
当数字信号处理器60经由SPDT开关45的控制输入控制基接线端46连接到开环接线端47时，控制器33用作开环控制器31(图2)。相反地，当数字信号处理器60经由SPDT开关45的控制输入控制基接线端46连接到闭环接线端48时，控制器33用作闭环控制器30(图1)。
图7说明的流程图100表示本发明中由数字信号处理器60执行的谐振启动方法。包括若干准备行为的启动准备程序在流程图100的级S102过程中实现。首先，数字信号处理器60为驱动模块40建立一个锁相环时钟信号。第二，数字信号处理器60建立与驱动模块40的元件之间的通信。
第三，数字信号处理器60配置驱动模块40的各种寄存器(未显示)。本领域普通技术人员很容易想到可以用于本发明商业实现的寄存器，例如，用于设置由电动机驱动生成器41生成的开环驱动信号ODS(图2)最大幅度的电动机初始驱动幅度寄存器，和用于控制由回转仪传感器21生成的电动机位置信号MPS(图10)幅度增益的电动机位置增益寄存器。
最后，数字信号处理器60把数字形式的电动机偏置信号MBSD加载到积分回零转换44，积分回零转换器44又把电动机偏置信号MBSD转换成模拟形式并把电动机偏置信号MBSA加载到回转仪传感器21。
在流程图100的级S104过程中，数字信号处理器60决定是进入到流程图级S106的校准启动程序还是流程图100级S108的标准操作启动程序。实际上，与级S104由数字信号处理器所作的决定相关的因素依赖于本发明的商业实现，并且因此不受限制。在一个实施例中，在数字信号处理器60执行流程图100初始化操作的过程中，数字信号处理器60仅从级S104进入到级S106，其后在数字信号处理器60进行流程图100后续操作的过程中，数字信号处理器从级S104进入到级S108。
级S106的校准启动程序包括由数字信号处理器60在回转仪传感器21的谐振频率建立其开环振荡。实际上，用于实现级S106的行为依赖于回转仪传感器21、电动机驱动生成器41、电动机位置处理器42和数字信号处理器60的设计，并且因此不受限制。在级S106的一个实施例中，如图8所示的流程图120由数字处理器60执行。
流程图120的级S122包括由数字信号处理器60通过控制如图10所示的接线端46和接线端47之间的电连接来建立驱动模块40的开环操作。流程图120的级S124包括由数字信号处理器60在与回转仪传感器21相关的标准谐振频率范围把驱动谐振信号DRS加载到电动机驱动生成器41，如图10所示，它导致由电动机驱动生成器41基于与回转仪传感器21相关的标准谐振频率范围把开环驱动信号加载到回转仪传感器21。流程图120的级S126包括由数字信号处理器60调谐驱动振荡信号DRS(例如，搜索或扫描)，它导致由电动机驱动生成器41在与回转仪传感器21的设计相关的标准驱动频率范围内调谐开环驱动信号，如图10所示，从而促进回转仪传感器21在其谐振频率生成形式为电动机位置信号MPS的谐振输出信号。
电动机位置信号MPS由电动机位置处理器42接收，一旦在流程图130级S132过程中接收到电动机位置信号MPS，就实现了如图9所示的流程图130。流程图130的级S134包括由电动机位置处理器42测定电动机位置信号MPS的频率和幅度。流程图130的级S136包括把参数响应信号PRS从电动机处理器42传送到数字信号处理器60，其中参数响应信号PRS表示电动机位置信号MPS的频率和幅度。
实际上，参数响应信号PRS的内容和形式依赖于电动机位置处理器42的设计。在级S136的一个实施例中，参数响应信号PRS包括一个表示电动机位置信号MPS频率的数字信号和一个表示电动机位置信号MPS幅度的模拟信号。在级S136的另一个实施例中，参数响应信号PRS包括分别表示电动机位置信号MPS的频率和幅度的一对数字信号。
在流程图120的级S128过程中，一旦接收到参数响应信号PRS，数字信号处理器60就把回转仪传感器21的校准谐振频率保存到非易失性存储器61中，它是回转仪传感器21谐振频率的函数，如参数响应信号PRS所指示。实际上，用于实现级S128的行为也依赖于回转仪传感器21的设计，并且因此不受限制。在一个实施例中，如果电动机位置信号MPS的频率实质上等于驱动谐振信号DRS的频率，并且电动机位置信号MPS的幅度在与回转仪传感器21的设计相关的幅度范围内，则数字信号处理器断定电动机位置信号MPS的频率即为回转仪传感器21的谐振频率。
再参见图7，级S108的标准操作启动程序包括由控制器基于回转仪传感器21在其谐振频率的开环振荡在回转仪传感器21的谐振频率建立其闭环振荡。实际上，用于实现级S108的行为也依赖于回转仪传感器21和控制器的设计，并且因此不受限制。在级S108的一个实施例中，如图11所示的流程图140由数字信号处理器60执行。
流程图140的级S142包括由数字信号处理器60通过控制接线端46和接线端47之间的电连接建立驱动模块40的开环操作，如图10所示。流程图140的级S144包括由数字信号处理器60把驱动谐振信号DRS加载到电动机驱动生成器41，它是已保存校准谐振频率的函数，如图10所示，它导致由电动机驱动生成器41把开环驱动信号ODS加载到回转仪传感器21。实际上，用于实现级S144的行为依赖于回转仪传感器21和电动机驱动生成器41的设计，并且因此不受限制。在一个实施例中，数字信号处理器把某一频率的驱动谐振信号DRS加载到电动机驱动生成器41，该频率略低于已保存校准谐振频率，从而推动流程图140的级S146，该级包括由数字信号处理器60基于由已保存校准谐振频率定义的校准频率范围调谐驱动谐振信号DRS(例如，搜索或扫描)。结果为由电动机驱动生成器41调谐开环驱动信号ODS，从而促进电动机位置信号MPS在其谐振频率的生成，如图10所示。电动机位置信号MPS由电动机位置处理器42接收，这就实现了流程图130(图9)，如前文所描述。
在流程图140的级S148过程中，一旦接收到参数响应信号PRS，数字信号处理器60通过把接线端46连接到接线端48，立即或延时地把驱动模块40转换为闭环操作。如图13所示，结果为由电动机驱动生成器41把闭环驱动信号CDS加载到回转仪传感器21，其中电动机驱动生成器41在生成闭环驱动信号CDS时利用来自电动机位置处理器42的典型反馈响应信号FRS。
再次参见图7，流程图100级S110的回转仪控制启动程序包括控制回转仪传感器21的闭环振荡。实际上，在级S110过程中实现的行为依赖于回转仪传感器21和驱动模块40的设计，并且因此不受限制。在一个实施例中，如图12所示的流程图150由控制器33实现。
流程图150的级S152包括常规地启动和验证经由反馈响应信号FRS的稳定的电动机位置信号MPS AGC环路。流程图150的级S154包括启动经由回转仪传感器21角速度信号ARS的常规速度信号处理，和启动电动机偏置信号MBSA常规电动机偏置控制。流程图150的级S156包括提取来自速度信号处理器43的速度信号RS，数字信号处理器60由此常规地处理速度信号RS，从而确定回转仪传感器21启动完成。
本发明可以具体化为其它具体形式而不背离其精神或本质特征。例如，线性和叠加的数学原理可以允许对所描述实施例的某些步骤进行重排序，或者可以实现具有本质相同功能的额外的具体实施例，并且这样的变化在本发明的范围内。所描述实施例在所有方面仅为说明性的而非限制性。因此，本发明的范围由权利要求书而不是由前文的描述指定。权利要求书等价含义和范围内的所有变化都包含在其范围内。
权利要求
1.一种方法，包括在谐振器件(20)的谐振频率建立其开环振荡；和基于谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡，在谐振器件(20)的谐振频率建立其闭环振荡。
2.权利要求1中的方法，其中，在谐振器件(20)的谐振频率建立其开环振荡包括基于与谐振器件(20)的设计相关的标准谐振频率范围，把第一开环驱动信号加载到谐振器件(20)；基于标准谐振频率范围，调谐第一开环驱动信号，以促进谐振器件(20)的谐振输出信号的第一生成；和测量和表示谐振输出信号的频率，作为谐振器件(20)的校准谐振频率。
3.权利要求2中的方法，其中，基于谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡建立其闭环振荡包括基于校准谐振频率，把第二开环驱动信号加载到谐振器件(20)；基于由校准谐振频率定义的校准频率范围，调谐第二开环驱动信号，以促进谐振器件(20)的谐振输出信号的第二生成；和在接收到谐振器件(20)的谐振输出信号之后把闭环驱动信号加载到谐振器件(20)。
4.权利要求1中的方法，其中，基于谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡建立其闭环振荡包括基于与谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡相对应的校准谐振频率，把开环驱动信号加载到谐振器件(20)；基于由校准谐振频率定义的校准频率范围，调谐开环驱动信号，以促进谐振器件(20)生成谐振输出信号；和在谐振器件(20)在谐振频率生成谐振输出信号之后把闭环驱动信号加载到谐振器件(20)。
5.权利要求1中的方法，其中，谐振器件(20)是回转仪传感器(21)。
6.一种系统，包括谐振器件(20)；和与该谐振器件(20)电通信的控制器(31)，其中，控制器(31)可在谐振器件(20)的谐振频率建立谐振器件(20)的开环振荡，并且可基于谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡，在其谐振频率建立其闭环振荡。
7.权利要求6中的系统，其中，在谐振器件(20)的谐振频率建立其开环振荡包括基于与谐振器件(20)的设计相关的标准谐振频率范围，由控制器把第一开环驱动信号加载到谐振器件(20)；由控制器在标准谐振频率范围内调谐第一开环驱动信号，以促进谐振器件(20)的谐振输出信号的第一生成；和由控制器测量和表示谐振输出信号的频率，作为谐振器件(20)的校准谐振频率。
8.权利要求7中的系统，其中，基于谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡建立谐振器件(20)的闭环振荡包括基于校准谐振频率，由控制器把第二开环驱动信号加载到谐振器件(20)；由控制器在由校准谐振频率定义的校准频率范围内调谐第二开环驱动信号，以促进谐振器件(20)的谐振输出信号的第二生成；和谐振器件(20)在谐振频率的谐振输出信号的第二生成之后，由控制器把闭环驱动信号加载到谐振器件(20)。
9.权利要求6中的系统，其中，基于谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡建立谐振器件(20)的闭环振荡包括基于校准谐振频率，由控制器把开环驱动信号加载到谐振器件(20)；由控制器在由校准谐振频率定义的校准频率范围内调谐开环驱动信号，以促进谐振器件(20)的谐振输出信号的第二生成；和谐振器件(20)在谐振频率生成谐振输出信号之后，由控制器把闭环驱动信号加载到谐振器件(20)。
10.权利要求6中的系统，其中，谐振器件(20)是回转仪传感器(21)。
全文摘要
通过使用谐振器件(20)和控制器(31)的系统实现一种方法，包括由控制器在谐振器件(20)的谐振频率建立其开环振荡，和由控制器(31)基于谐振器件(20)在其谐振频率的开环振荡建立其闭环振荡。此时，控制器(31)基于设计驱动的标准谐振频率范围控制谐振器件(20)第一开环驱动信号的加载和调谐，由此控制器(31)能够测量和表示谐振器件(20)的谐振输出信号频率，作为校准谐振频率，并且基于校准谐振频率控制谐振器件第二开环驱动信号的加载和调谐，由此控制器(31)能够随后把闭环驱动信号加载到谐振器件(20)。
文档编号H03B5/00GK1702430SQ200510074370
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月26日 优先权日2004年5月27日
发明者斯特万·日瓦诺维奇, 斯蒂芬·J·罗贝尔 申请人:摩托罗拉公司