モード周波数のミスマッチ状態における力平衡（FTR）モードのマイクロ電気機械式ジャイロスコープの測定帯域幅が制限され、従来の比例積分（PI）制御では安定余裕と帯域幅向上の両立が困難である問題に対し、帯域幅メカニズムの分析と性能向上の研究を行った。まず、FTR速度測定帯域幅特性を表現する等価単位負帰還周波数領域モデルを構築し、制御器設計とパラメータ調整に用いた。この基礎の上で、PI制御下における開ループカットオフ周波数の上昇制限およびそれによって引き起こされる安定余裕劣化の内在機構を明らかにした。さらに、比例積分共振（PIR）制御器を導入し、モード周波数差付近の振幅位相整形により共振ピークを抑制し、開ループカットオフ周波数を向上させた。最終的に、四つの質量ブロックを持つMEMSジャイロスコープ原理試作機および角振動台プラットフォーム上で実験検証を行った。シミュレーションおよび実験結果から、PIR制御器を適用した後、力平衡制御ループの利得余裕は6.03 dB、位相余裕は59.5°、開ループカットオフ周波数は25.1 Hzとなり、対応する測定帯域幅は125 Hzまで向上した。PI制御下で約35 Hzの帯域幅と比較すると約3.5倍の向上であり、帯域内の振幅周波数応答はより平坦になり、動的応答能力が顕著に強化された。スケールファクターおよびゼロバイアス指標はほぼ一致した。PIR制御器はモード周波数差付近に共振整形を導入することで、PI制御による帯域幅のボトルネックを効果的に突破し、合理的な安定余裕と静的性能を維持しつつFTR測定帯域幅を大幅に拡張し、広帯域動的測定および複雑な動作環境に対する工学的参考を提供する。

マイクロ電気機械式ジャイロスコープ;力平衡モード;比例積分共振制御器;帯域幅拡張;振幅周波数特性