I giroscopi MEMS nei sistemi di controllo feedback

I giroscopi MEMS offrono un modo semplice per misurare la velocità angolare (o il moto di rotazione), il tutto in semplici package facilmente installabili sul PCB. Rappresentano la scelta popolare nell'ambito dei sistemi feedback come elemento sensibile per il controllo del movimento. I giroscopi e gli accelerometri MEMS hanno conquistato decisamente il mercato automotive, con la loro massiccia presenza nei sistemi di controllo per i veicoli relativamente alla stabilità di guida. Mentre gli accelerometri misurano l'accelerazione lineare, il giroscopio misura la velocità angolare intorno ad un asse e di conseguenza l'angolo di rotazione. La loro combinazione migliora decisamente la misura e quindi l'esperienza utente. Il rumore nei segnali (velocità angolare, inclinazione) può però risultare problematico e avere un'influenza diretta sul comportamento critico del sistema, come la stabilità della piattaforma che è spesso il fattore determinante del livello di precisione che un giroscopio MEMS è in grado di supportare. La comprensione della dipendenza del sistema dal rumore del giroscopio ha una serie di vantaggi, come la possibilità di stabilire requisiti rilevanti per le valutazioni dell’elemento sensibile o, al contrario, analizzando semplicemente la risposta al rumore in un particolare giroscopio.   Quando un'unità di misura inerziale MEMS funziona come un sensore di retroazione in un sistema di controllo del movimento, il rumore è un comportamento importante poichè potrebbe causare un movimento fisico indesiderabile sulla piattaforma di monitoring. 

Introduzione

L'avvento della tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) ha permesso lo sviluppo di sensori a basso costo, miniaturizzati e a bassa potenza, che stanno attualmente sostituendo i loro equivalenti in scala macroscopica in molte applicazioni tradizionali che coprono il campo industriale, automotive, biomedicale, consumer ecc. La competitività dei sensori MEMS risiede in gran parte nei processi di fabbricazione che permettono di ridurre i costi, i requisiti di dimensioni e potenza del dispositivo finale. Inoltre, la miniaturizzazione apre nuove prospettive e possibilità di sviluppo di questa nuova classe di sensori, dove fenomeni in micro-scala sono perseguiti efficacemente per ottenere risultati che sarebbero impraticabili nella macro scala.  Nell'ambito dei sistemi feedback il sensore MEMS svolge il compito di retroazione e quindi è associato la risposta di controllo. Un sistema di controllo del movimento può essere descritto dalla figura 1.

figura1_mems

Figura 1: Sistema feedback control con giroscopio MEMS

Essa visualizza un esempio di architettura circuitale con l’obiettivo di creare una piattaforma stabile che possa essere sensibile al movimento inerziale. Un esempio di applicazione può essere un'antenna a microonde impiegata su autonomous vehicle platform. Il sistema inerziale di figura 1 utilizza un servomotore che ruoterà affinchè la posizione sia uguale ed opposta alla rotazione che il resto del sistema sperimenterà.  L'anello di retroazione presenta un giroscopio MEMS che osserva la velocità di rotazione (ωG) sulla "piattaforma stabilizzata". I segnali di velocità angolare del giroscopio sono inviati per l’elaborazione digitale che include il filtraggio, calibratura, allineamento e integrazione per produrre in tempo reale il segnale feedback (φE). Il segnale di controllo del servomotore (φCOR) proviene da un confronto del segnale di retroazione con l'orientamento "comandato" (φCMD), quest'ultimo può provenire da un altro sistema di controllo o semplicemente rappresentare l'orientamento ideale della piattaforma. [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 13 settembre 2016

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