硅MEMS陀螺是利用科氏效应来测量角速度的惯性传感器。随着MEMS技术的发展,陀螺具有体积小、重量轻、成本低、功耗小、易于集成及可批量生产等优点,因而被广泛运用于众多领域。由于加工工艺的限制以及环境因素的干扰,理论设计与实际生产的陀螺性能会产生偏差,其中谐振频率的差别,会导致陀螺模态不匹配,对陀螺整体性能产生非常大的影响。为此,通过模态匹配控制来减小驱动与敏感模态之间的频差以实现模态匹配,从而提高陀螺的标度因子、零偏不稳定性、角度随机游走(ARW)等性能,具有重要的研究意义。本文选用具有敏感力反馈、正交刚度调节及频率调谐电极的十六边型陀螺(蛛网状盘式陀螺,cobweb-like DRG),提出了多种模态匹配方法,并设计了相应的模态匹配控制系统,主要研究工作如下:1、在分析基于正交误差相频特性模态匹配方法原理的基础上,利用正交误差相位在模态匹配时的特征,提出/结合正交刚度调节和相频特性的改进型模态匹配方法,经simulink模型仿真,并由FPGA数字控制电路进行了测试实验。稳定性实验结果表明,提出的改进方法其频率调谐电压稳定性提高了 3.8倍。2、提出了一种基于谐振频率差的模态匹配方法,通过simulink模型仿真,并经FPGA数字控制电路实验,这种模态匹配方法能够把频差控制在±0.05Hz以内,调谐电压建立时间为0.6s。3、设计了一种基于虚拟科氏力相频特性的实时模态匹配方法,使在有角速度输入时模态匹配控制闭环也能正常工作。基于这种模态匹配方法,为了实现较大的测量范围,设计了对应的科氏力反馈闭环。对模态不匹配开环检测、模态匹配开环检测、模态匹配闭环检测三种工作模式下陀螺的性能进行了测量,结果表明,模态匹配闭环检测总体性能最佳:标度因子为76mV/°/s,非线性度为0.0517%,可测范围超过±31°/s,零偏不稳定性低至2.3°/h,ARW低至0.25°/√h。