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 35Hz에서 78Hz로, 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 Hz, 0.504 %, and 0.043 deg/sec, respectively, from 35 Hz, 2.07 %, and 0.066 deg/sec of open loop system.
