DİJİTAL OLARAK KONTROL EDİLEN MEMS DÖNÜÖLÇER SİSTEMİ

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: FERHAT YEŞİL

Danışman: Tayfun Akın

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

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.