捷联惯导陀螺信号的小波实时滤波器设计

介绍小波去噪步骤和一种实时滤波算法.针对捷联惯导系统中光纤陀螺输出信号的特点和系统导航计算的要求,设计了实时滤波方案,去除了信号中高频部分的噪声,从而抑制了陀螺的随机漂移.通过仿真实验,验证了小波实时滤波算法对陀螺输出信号进行滤波消噪处理的可行性和有效性.     

陀螺稳定平台扰动的自抗扰及其滤波控制

分析了影响陀螺稳定平台隔离控制精度的主要因素,包括被控系统模型中的未建模部分、状态的随机扰动以及输出信号的测量噪声等。研究了综合解决各方面影响因素的控制方案以进一步提高陀螺稳定平台隔离精度。针对上述影响因素,设计一个两步控制策略。第一步,利用自抗扰对系统中未建模部分进行观测及其前向补偿,将自抗扰控制中的反馈控制设计为PID控制,以实现抗平台扰动的调节控制;第二步,利用Kalman滤波器对系统中的状态扰动及测量噪声进行滤波消除。详细描述了提出的控制策略并对其性能进行了系统仿真实验及参数优化。结果表明,该方案在幅值为3°、频率为1/6Hz的载体扰动下能达到4.61%的隔离度,与非线性摩擦力建模辨识及其前向补偿策略控制实际陀螺稳定平台达到的隔离度的最好值9.39%相比,文中提出的控制隔离性能提高了50.9%,具有更高的实用价值。     

基于磁电编码器MEMS陀螺标定及高阶滤波的动态滞后补偿方法研究

在航空航天、无人机、云台等具有高隔离度要求的伺服应用领域,具有高精度、高稳定性的陀螺反馈系统是伺服系统达到目标隔离度的必要条件。针对多轴陀螺系统解耦困难,难以消除机械安装偏差,以及输出信号噪声大等问题,提出了采用基于磁电编码器陀螺标定及解耦方法,为了降低系统噪声对于陀螺信号输出精度的影响,提出陀螺信号高阶低通滤波及滞后补偿方法。设计了一套空间大小仅为40 mm×25 mm×20 mm的双轴CRM100陀螺硬件平台,在双轴陀螺硬件平台的环境下,对陀螺误差标定、陀螺高频噪声信号滤波及延时特性进行研究,并基于多阶低通滤波对双轴微机电(MEMS)陀螺进行高动态滞后补偿。实验结果表明,所提方法有效抑制了高频扰动对陀螺信号解算的影响,系统运行稳定可靠,陀螺的输出误差最大不会超过0.5°/s。并在1°/3 Hz和3°/1 Hz的外部扰动条件下,对伺服系统的隔离度进行了实验测试。     

自适应角速度估计器在磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统中的应用

控制力矩陀螺输出高精度力矩需要框架伺服系统有高精度的力矩输出，因此需要高精度的光电码盘或者旋转变压器作为位置控制器。为消除由位置信号差分计算速率信号而引起的噪声，提出了一种低噪声、带宽可调的自适应角速度估计算法。首先对该角速度估计器的稳定性作了分析，然后利用最小二乘法设计了实时调整前向通道比例增益的自适应算法。利用MATLAB对实际获得的实验数据进行仿真，使稳速速率的波动量减小了88%，然后在磁悬浮控制力矩陀螺上进行了实验，将角速度估计器加到速率环的反馈环节上，在带宽没有影响的前提下，使速率曲线的波动量减小了71.5%。     

半球谐振陀螺全角模式检测算法误差分析及优化研究

针对全角模式下半球谐振陀螺闭环检测回路中控制系统固有延迟与信号检测端增益失配导致的角度估计误差，提出了控制量运算与角度解算的优化方法。传统检测算法基于lynch平均法建立控制量与谐振子进动参数的关系，通过检测算法输出的控制量进行振型控制与方位角的解算，在此基础上，直接提取检测信号中的余弦分量进行方位角解算并忽略振幅控制量中的正交分量，缩减了控制量计算过程并抑制了检测端增益失配导致的角度输出误差。仿真结果表明：与传统算法相比，优化后的检测算法在振幅控制上有更优良的控制精度，角度输出误差显著降低。     

自抗扰锁相跟踪系统设计与仿真

针对锁相跟踪中的抗扰问题,提出了一种新的方案,通过二阶广义积分器将参考信号分解为 ２路正交信号,在滤波的同时得到精确的相位.数字频率合成器作为信号发生器具有高稳定性和高精确性,可以通过比较参考信号和 DDS 的相位误差,引入自抗扰控制算法,适应锁相跟踪系统对算法进行改进,输出DDS 的频率控制字.最后,通过 MATLAB 仿真结果表明,该控制器具有很强的鲁棒性和高抗扰性,能够有效地抑制不确定负荷扰动的影响.     

一种新的基于加速度计的无陀螺捷联惯性导航系统设计与实现

提高角速度解算精度是提高无陀螺惯性导航系统导航参数解算精度的主要途径.本文通过对基于加速度计的无陀螺惯性导航系统的基本方程进行分解分析,研究了提高角速度解算精度的所有可能的加速度计安装布局方案,并结合考虑各种可能方案的原理样机的机械加工难易程度后,设计确定了一种新的既能够提高角速度解算精度、又易于实现样机研制的9加速度计的设计安装方案,根据该方案研制了样机,编制了导航参数解算软件,对系统进行了实验测试,实验结果表明,在静态条件下,研制的无陀螺惯性导航系统1 h的位置误差精度达到了1.5 km,姿态解算精度达到了0.082°.     

直升机半滚倒转机动飞行控制算法研究

对直升机半滚倒转机动动作开展机理分析,将机动动作进行分段设计。在半滚段设计滚转角速度保持,根据滚转角调整总距输入量;在俯冲拉起段设计俯仰角速度保持,根据俯仰角调整总距输入量,并在阻尼回路引入自抗扰控制算法,以提高控制系统的扰动抑制能力。针对有风/无风 2 种飞行环境,通过视景仿真技术对 UH 60 直升机开展仿真,结果表明,直升机可以在 4.5 s 内完成半滚倒转机动飞行,验证了该设计控制策略是合理的,飞行控制律具有良好的抗扰性能。     

基于Allan方差的激光陀螺信号分析

本文分析了激光陀螺的随机噪声的产生来源,同时分析了噪声里的量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性、速率随机游走、速率斜坡噪声。在利用Allan方差对激光陀螺仪输出信号进行分析基础之上,设计了IIR滤波系统对陀螺信号进行处理,并对滤波前后的陀螺测试数据进行了对比,结果表明,该滤波技术能有效提高激光陀螺的精度。     

倒立摆自抗扰控制算法简易实现

自抗扰技术是一种基于过程的控制算法,具有PID算法的优点。同时又能对系统不确定因素和外扰进行的补偿,从而使对象具有很强的鲁棒性和抗干扰性。倒立摆系统是一个典型的非线性、多变量、绝对不稳定的非最小相位控制对象,因此是用于验证各种控制算法有效性的实验平台。应用自抗扰控制技术设计简易的实现算法,并用倒立摆系统来验证。仿真结果表明了算法的有效性。     

机载光电吊舱自抗扰控制算法研究

针对机载光电吊舱工作环境不稳定、参数的时变性以及系统的非线性等问题,结合自抗扰控制原理,研究了机载光电吊舱控制系统的数学模型及自抗扰离散控制算法,对机载光电吊舱自抗扰控制器进行了方案设计,经仿真分析并与传统控制算法进行比较,该系统对外部扰动的多变性和参数的不确定性具有很强的适应性和抗扰性能,控制性能可靠。     

LMS算法在微石英音叉陀螺信号解调中的应用

为了提高微石英音叉陀螺检测角速度信号的性能,提出了一种应用于微石英音叉陀螺角速度信号的最小均方(least mean square,LMS)解调算法.通过在Systemview通信软件里对LMS算法进行仿真,仿真结果表明此算法可以解调调幅角速度信号,可滤除其他噪声;在DSP里实现LMS算法,通过大量速率测试显示与传统相关解调比较,LMS解调算法的零位稳定性比相关解调提高了50.16％,分辨率也有提高.仿真和测试结果表明LMS算法应用在陀螺角速度信号的解调中能收到比相关解调更好的效果.     

压电驱动的快速刀具定位台自抗扰控制研究

针对压电驱动器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,采用基于Prandtl-Ishlinskii的压电动态迟滞模型,实现了对刀具定位台的精确控制。实验分别采用逆模型前馈补偿控制和自抗扰控制方法对定位台控制系统进行测试,结果表明在单频输入信号下,采用自抗扰控制算法的系统均方根误差较逆模型前馈控制下降了1.137～1.137 5μm;系统相对误差有明显下降。结论表明自抗扰控制成功减小了定位台的迟滞特性,提高了控制精度,较逆模型前馈补偿控制有更好的优越性。     

Burg算法与自相关在科氏流量计中的应用

为提高谱分辨率,将Burg算法引入科氏流量计频率解算,无需对窗口之外数据假设。Burg算法谱分辨率受信号初相以及信号噪声影响,对Burg算法进行分析和改进,并引入自相关算法,解决初相以及噪声的影响。建立了科氏流量计的信号模型,用Matlab对本算法进行仿真验证,算法的解算精度优于一般流量计的要求,算法可以用于科氏流量计频率解算。     

地磁线圈对陀螺的修正技术

针对陀螺作为惯性测量系统测量飞行体姿态的重要器件存在零点漂移误差的问题,本文提出使用地磁线圈测量飞行体的旋转角速度,根据磁线圈输出信号的特征点或变化周期对陀螺测得的信号进行修正.详述了利用线圈的磁通量变化测量飞行体飞行姿态的原理,并由法拉第电磁感应定律推导出飞行体旋转角速度的计算公式.     

石英微机械陀螺正交误差补偿研究北大核心CSCD

由于石英微机械陀螺的敏感结构在加工制造时存在工艺缺陷,陀螺会产生耦合误差。耦合误差中与陀螺输出信号正交的误差信号称为正交误差,该误差在陀螺诸多误差中占据主导地位,会严重影响陀螺的测量结果。针对正交误差,简要分析了其产生原因及对陀螺输出信号的影响,提出了一种适用于音叉式石英陀螺的正交校正方法——正交电压补偿法。对于正交电压补偿法,搭建了补偿系统进行了相应的仿真,并制作出样机进行实验。仿真和实验的结果表明该方法可以抑制石英陀螺检测通道的正交误差,零偏不稳定性由补偿前的108.088(°)/h降低到43.815(°)/h,降幅达59.46%,证明了正交电压补偿法的有效性。     

自抗扰算法在直流力矩电机伺服系统中的应用

在直流力矩电机驱动的伺服系统中,由于存在诸多非线性因素和随机性因素,所以致使模型难以准确建立,各类影响因素不能被准确补偿,从而降低了系统仿真分析的有效性和实际应用的控制精度。针对此,引入自抗扰算法,即根据直流力矩电机伺服系统的特性设计自抗扰控制器,综合在线估计,补偿影响因素,即将所有影响因素归结为一个总扰动进行在线观测和补偿,以期进一步提高伺服精度。通过对系统施加苛刻的干扰条件进行仿真研究,根据分析仿真结果整定出控制器参数。为了验证控制算法的有效性,将整定好参数的控制器应用于直流力矩电机驱动的转台内框上进行实验。实验结果表明,基于自抗扰算法控制的转台内框获得了很高的动态跟踪性能,且鲁棒性强,从而验证了所提出方法的可行性。     

自抗扰技术在卫星姿态模拟系统中的应用

建立了高精度卫星姿态模拟系统用于光通信地面仿真试验,针对卫星轨迹特点,设计了一种改进的自抗扰控制算法。介绍了自抗扰控制技术的特点和控制原理,提出改进的伺服算法,为自抗扰算法引入了选择性积分项。针对系统±10″动态误差要求,设计了多阈值非线性函数,并添加状态判断模块实时更改非线性函数参数。同时,给出了算法主要参数的整定原则。然后,基于控制器开放伺服功能,给出了自抗扰控制的实现方法和计算流程。实验结果表明:系统具有良好的连续加减速能力,跟踪斜坡信号的动态误差为±6″;经对比,在跟踪卫星姿态轨迹时,自抗扰控制的抗干扰能力优于PID控制,跟随误差达到±7″,满足高精度姿态仿真要求。     

光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究

针对光栅读数头输出信号存在正交误差的问题,提出基于坐标旋转数字式计算机算法(CORDIC)的正交误差实时补偿方法。针对CORDIC算法在正余弦信号角度解算时存在误差较大区间以及在正余弦信号峰值区间角度解算灵敏度低的问题,引入向量模式双迭代方法抑制CORDIC算法因迭代收敛过快而带来的角度解算误差,并结合局部查表法消除信号峰值区间的角度解算误差。正交误差补偿过程包括相位解算、相位补偿和信号重构3个环节。以解算出的角度值为对象进行整周期误差角度的实时补偿,采用CORDIC算法旋转模式根据补偿后的角度值重构余弦信号,实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。以FPGA为平台实现该补偿方法并验证其相位差检测和补偿效果,实验表明信号在正交误差[1°,10°]时,相位检测误差在±0.04°以内;信号在不同频率不同相位差时,补偿后其相位最大误差在±1°以内,平均误差在±0.1°以内,均方差在0.5°以内,证明该方法可有效实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。     

发电机组柴油机转速自抗扰控制的应用

为提升发电机组用发动机的抗干扰能力,增强其竞争优势,从发动机转速控制角度设计一种基于扩张状态观测器变结构自抗扰控制器,来满足发电机组非线性、时变的工作特性。通过试验验证其设计的自抗扰控制算法与传统PID控制算法对发动机转速的控制效果。试验结果表明:发动机转速自抗扰控制算法能够满足发电机组稳态及动态频率特性需求,相对传统控制在抗扰性能上有所提高,满足跟踪需求。