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高精度寻北仪控制器数字化设计

高精度寻北仪控制器数字化设计

作者：冯利建哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

寻北仪是一种惯性仪表,它主要利用惯性器件(陀螺仪和加速度计)来测量地球自转角速度和重力加速度,经过解算得到固定于其上的参考轴向与真北方位的夹角,从而得到载体的某一固定轴向与北向的夹角。在实现寻北功能后,再通过施加力矩的方法... 详细信息

寻北仪是一种惯性仪表,它主要利用惯性器件(陀螺仪和加速度计)来测量地球自转角速度和重力加速度,经过解算得到固定于其上的参考轴向与真北方位的夹角,从而得到载体的某一固定轴向与北向的夹角。在实现寻北功能后,再通过施加力矩的方法使陀螺仪主轴转到真北方向,使系统工作于方位仪模式,则陀螺主轴就能始终保持在真北方位上,不断地指示车体相对北向方位的方位角。文中对寻北仪的寻北原理作了详细的介绍,提出了寻北系统的整体方案,同时也介绍了方位仪的实现方案。本文介绍了系统各部分的组成和工作原理。并详细叙述了再平衡回路中信号采集和预处理中的关键环节。在建立系统模型的基础上,根据性能指标要求,分别研究陀螺力反馈闭环、旋转台体系统闭环的PID控制方法,并利用突思汀变换法进行离散化得到数字控制器,通过仿真环节我们可以看出设计控制器对系统的必要性。采用DSP和FPGA作为硬件电路核心,DSP采用TI公司C2000系列芯片F2812,它是目前控制领域功能最强大的DSP芯片之一。器件上集成了丰富的外设,为电机控制提供了良好的平台。本文设计了与DSP和FPGA相关的硬件电路以及软件程序。最后给出了寻北仪系统试验数据,包括重复性、全周和高低温等,通过这些试验证明,系统的硬件和软件算法等的正确性以及数字化控制的优越性。

关键词：寻北仪再平衡回路 PID控制 DSP

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挠性陀螺仪及其在捷联惯导系统中的应用研究

挠性陀螺仪及其在捷联惯导系统中的应用研究

作者：孙圣元天津大学

学位级别：硕士

捷联惯导系统是将惯性敏感元件直接固联在运载体上,为载体提供导航信息的系统,具有惯性导航装置的机动性、保密性、抗电磁干扰能力强及不受地形限制等特性,在军用和民用导航领域得到了广泛应用。本文结合应用于某型陆地战车的军用捷联... 详细信息

捷联惯导系统是将惯性敏感元件直接固联在运载体上,为载体提供导航信息的系统,具有惯性导航装置的机动性、保密性、抗电磁干扰能力强及不受地形限制等特性,在军用和民用导航领域得到了广泛应用。本文结合应用于某型陆地战车的军用捷联惯导系统科研项目展开,根据实际需要,选用挠性陀螺仪作为系统的核心测量元件。在分析挠性陀螺仪特性的基础上,设计了数字再平衡回路,将挠性陀螺仪可靠地应用于捷联惯导系统,提高了陀螺仪的环境适应性。在捷联系统算法中,采用四元素法,并用四阶的龙格—库塔法解算其微分方程。实践证明,四元素法能够方便地描述载体运动,四阶龙格—库塔法解算出来的姿态矩阵结果能够满足捷联系统精度需要。为保证捷联系统初始对准的误差尽可能得小,对二位置寻北法和四位置寻北法进行了比较分析,并最终选定二位置倾斜寻北法。系统采用PC104作为导航计算机,选用由DSP和FPGA组成的嵌入式控制器作为控制单元。PC104能够保证捷联姿态算法计算有足够的速度空间。TMS320F2812型号DSP具有多个专用功能模块、运算速度快,相对以往有效缩短了寻北时间,保证了捷联系统的快速初始对准。FPGA除担负时序控制及一些控制信号的产生等任务外,有效协同了PC104和DSP工作。捷联装置同车长控制台之间的快速通讯由CAN总线来完成。在整机调试工作完成后,进行了能反映捷联惯导系统总体性能的跑车试验。试验结果能够满足陆地战车导航的需要,产品最后交付军方使用。整套系统的设计及调试过程为日后捷联及寻北仪等相关产品的研发积累了丰富而宝贵经验。

关键词：惯性导航挠性陀螺捷联惯导系统再平衡回路四元素法寻北

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陀螺数字再平衡技术研究

陀螺数字再平衡技术研究

作者：张中华哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

动力调谐陀螺仪（简称DTG）是惯性导航系统中应用最广泛的陀螺之一,其具有结构简单、成本低廉加工装配较容易,适合大批量生产等优势。应用于捷联系统中的动力调谐陀螺仪必须工作在闭环状态,所以再平衡回路或称力反馈回路对陀螺起到的作... 详细信息

动力调谐陀螺仪（简称DTG）是惯性导航系统中应用最广泛的陀螺之一,其具有结构简单、成本低廉加工装配较容易,适合大批量生产等优势。应用于捷联系统中的动力调谐陀螺仪必须工作在闭环状态,所以再平衡回路或称力反馈回路对陀螺起到的作用是至关重要的,再平衡回路不仅是测量回路,也是控制回路,它的精度直接影响陀螺仪的测量精度乃至整个惯性导航系统的可靠性。目前再平衡回路主要分为模拟再平衡回路和数字再平衡回路,鉴于模拟再平衡回路在热稳定性差、量化误差和非线性误差大等缺点,本文采用数字再平衡回路,主要内容包括以下几个方面： 1.对动力调谐陀螺仪的结构和工作原理进行了分析,根据实际情况,对陀螺仪内部的力矩器和信号器的结构也作出了详细的介绍,并且针对由于陀螺仪制造工艺所引起的驱动轴、平衡环、转子和力矩器等误差给出了相应的解决方法。 2.根据动力调谐陀螺仪的动力学模型,分析了陀螺仪的耦合情况,并且通过对角阵解耦法在脉冲再平衡回路中的应用,给出了控制解耦与输出解耦的设计方法。 3.分析了动力调谐陀螺仪模拟再平衡回路和数字再平衡回路的结构特点,通过对两者优缺点的比较,确定了二元调宽电路的解决方案。 4.根据信号器输出的信号较弱同时含有大量噪声等现象,按照数字再平衡回路技术的要求,给出了信号预处理模块、相敏解调模块、模数转换模块以及低通滤波模块等相关辅助电路。 5.通过采用TMS320F2812型DSP芯片和AD7656型模数转换模块,设计出数字再平衡回路系统的数据采集及处理电路。 6.通过对数字再平衡回路的特点进行分析,结合陀螺仪的特性,给出了本课题中实现数字再平衡回路的相关硬件电路的设计方法。 7.基于对数字再平衡回路的硬件设计,给出了外设中断功能模块、数据采集模块等相关配套软件程序。

关键词：动力调谐陀螺仪再平衡回路二元调宽电路

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力矩电流产生器的频率特性及误差分析

国防科技大学学报 1981年第1期 23-42页

作者：杨泉林

力矩电流产生器是动压气浮陀螺二元脉冲调宽再平衡回路最关键部分。本文主要研究力矩电流产生器的频率特性和误差分析,同时根据实验结果评价了它的性能。所设计的力矩电流产生器大约有126db的开环增益和295kc的回路带宽,通过调整补偿网... 详细信息

力矩电流产生器是动压气浮陀螺二元脉冲调宽再平衡回路最关键部分。本文主要研究力矩电流产生器的频率特性和误差分析,同时根据实验结果评价了它的性能。所设计的力矩电流产生器大约有126db的开环增益和295kc的回路带宽,通过调整补偿网络获得了最佳电流波形。同时通过优选元件使偏置电流误差、刻度因数误差和漂移减至最小,从而当电流幅值为120mA时,力矩电流产生器可获得1.25×10-5的恒流精度。

关键词：刻度因数电流再平衡回路产生器误差分析数值分析频率特性频率响应

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动力调谐干式陀螺的无互干扰控制方法

空天技术 1986年第S2期 20-40页

作者：王永寿

1.前言在卫星的姿态控制等系统中,使用以捷联方式工作的干式调谐陀螺来测量角速度时,由于应用再平衡回路,一个陀螺可以构成两个输入和两个输出系统。该再平衡回路的设计必须使响应特性在某一基准范围内而且要有所提高。另方面,由于输入... 详细信息

1.前言在卫星的姿态控制等系统中,使用以捷联方式工作的干式调谐陀螺来测量角速度时,由于应用再平衡回路,一个陀螺可以构成两个输入和两个输出系统。该再平衡回路的设计必须使响应特性在某一基准范围内而且要有所提高。另方面,由于输入输出关系为二元结合系统,由此引起的相互干扰是使控制特性显著下降的重要原因,所以,在使用干式调谐陀螺时必须提出消除这种干扰（即采用无互干扰控制）的要求。在本文中,以提高干式调谐陀螺的控制特性为目的,进行了必要的分析研究。关于干式调谐陀螺控制系统设计的研究,是以提高过渡响应特性（减少调整时间T;、超调量O;,）为目的,进行了各种试验。数值解的具体举例较少,只看到T;=15～21ms,O;=9～19％的例子。但是还未看到具体的设计方法及

关键词：传递函数 DRL TDG 输出关系输入输出转移函数力矩器再平衡回路响应特性

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国外动调陀螺仪再平衡技术的发展

中国惯性技术学报 1996年第2期4卷 54-59页

作者：吴本寿万德钧周百令东南大学仪器系

本文在综合大量文献的基础上，详细介绍了国外模拟、数字再平衡技术的发展过程以及现阶段研究状况。同时，对动力调谐陀螺仪模拟、数字再平衡回路进行了分析比较，归纳了两者的主要优缺点。另外，还简略介绍了直接数字控制技术。

关键词：动力调谐陀螺仪再平衡回路力反馈控制

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带通滤波器技术指标及稳定性实验分析

国防科技大学学报 1981年第4期 119-128页

作者：汤绍怀

有源带通滤波器是脉冲调宽再平衡回路的一个重要部分。本文讨论了带通滤波器设计的技术指标及滤波器特性参数的选择方法。同时对滤波器频率特性进行了稳定性分析。

关键词：带通滤波器脉冲调宽再平衡回路特性参数技术指标相位补偿实验分析

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陀螺的噪声测量和分析

导弹与航天运载技术(中英文) 1982年第2期 54-68页

作者： J.A.Bosgra J.J.M.Reumers 张振华

对两个相同的经过宇宙空间考验的液浮速率积分型陀螺(Ferranti公司125型)进行了噪声测量,这种陀螺采用可选择回路带宽的模拟再平衡回路技术,在典型的宇宙空间条件下工作。感兴趣的噪声频率范围为0.005至50赫。噪声信息被处理成一组统计... 详细信息

对两个相同的经过宇宙空间考验的液浮速率积分型陀螺(Ferranti公司125型)进行了噪声测量,这种陀螺采用可选择回路带宽的模拟再平衡回路技术,在典型的宇宙空间条件下工作。感兴趣的噪声频率范围为0.005至50赫。噪声信息被处理成一组统计参数(平均值,标准偏差,幅值范围,斜率和频率分布图)。此外,通过快速傅里叶变换,自-互功率谱与自-互协方差函数也一起确定出来。利用传递函数多项式,从闭路信息中计算出陀螺等效开路功率谱,并与直接测得的开路功率谱进行了比较。本文从这些结果中选出一部分加以介绍。

关键词：陀螺传递函数输出轴输入轴转移函数航海仪器再平衡回路力矩器噪声测量浮子功率谱密度

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SIL——用于战术导弹的捷联惯性制导系统

现代防御技术 1989年第1期 55-74页

作者：陈德沅

由SFIM公司根据各种小型调谐陀螺GAM-1和GAM-3的模型出发研制的捷联系统中间,最最先进的系统就要数SIL3,它被指定用于战术导弹的精确制导。就一般情况而言,SIL3包含有二个GAM-3陀螺、三个加速度计以及有关的电路和计算回路。由SFIM公司... 详细信息

由SFIM公司根据各种小型调谐陀螺GAM-1和GAM-3的模型出发研制的捷联系统中间,最最先进的系统就要数SIL3,它被指定用于战术导弹的精确制导。就一般情况而言,SIL3包含有二个GAM-3陀螺、三个加速度计以及有关的电路和计算回路。由SFIM公司专门研究的GAM-3陀螺是一个无润滑的、调谐的、具有两个轴的陀螺,建造该陀螺的目的是为测量可达100°/s的角速率。在刻度因子和线性度上,它具有100ppm的精度。通过数字闭合回路允许信号直接输入到非常精巧的计算回路。有效利用先进的模型将对系统的性能产生影响。 SFIM公司已经研制了有关的测试和仿真设备,在它使用的各种特定环境下,它们能够预测和检查系统性能。

关键词：陀螺 SFIM 敏感元件电子元件再平衡回路摆式加速度计战术导弹 SIL