干涉式光纤陀螺控制器的设计与仿真

光纤陀螺的研究与开发目前主要集中在工程应用技术方面.干涉式光纤陀螺(IFOG)的动态性能受控制系统设计的影响.现根据干涉式光纤陀螺数字闭环检测过程,建立了控制系统的动态模型,详细分析并设计了数字PID控制器和IIR滤波器.仿真结果显示,设计的控制器能够有效地提高干涉式光纤陀螺的输出带宽,改善系统的动态特性.     

D/A量化对数字闭环光纤陀螺测量精度的影响分析

光纤陀螺全数字闭环检测方案的最小反馈相移由D/A的位数确定。通过建立全数字闭环光纤陀螺的Sigma-delta模型,从量化噪声的角度分析了D/A位数对数字闭环光纤陀螺测量精度的影响。研究了闭环检测对量化噪声的抑制作用及其对光纤陀螺输出精度的影响。实验结果与理论分析吻合,结果表明:由于闭环系统本身对量化噪声的抑制作用,量化噪声不会成为影响中、低精度光纤陀螺检测系统精度的主要误差源,实际D/A选型过程中可以根据系统对非线性、动态范围的要求结合的理论计算方法对D/A位数进行选取。     

光纤陀螺在摇摆状态下的误差特性分析

在海上由于风浪的作用船用光纤陀螺经常处于摇摆状态.在这种运动状态下,光纤陀螺的误差严重制约着捷联惯导系统的导航精度.根据光纤陀螺闭环控制系统的原理,建立了系统模型,并推导出光纤陀螺在摇摆状态下的附加相移误差(实际与理想状态之间闭环控制附加相移的差)表达式和输出误差表达式.从两式可以看出,附加相移误差影响系统的回路平衡时间和输出精度.详细剖析了附加相移误差表达式中各参数所代表的意义以及作用于附加相移误差的途径,并给出减小附加相移误差的方法.仿真和实验结果证明理论分析准确可信,为光纤陀螺动态方面的研究提供了参考.     

基于模糊PID的双闭环控制器设计

本文以锅炉蒸汽压力控制为例设计了一种基于模糊PID的双闭环控制器:外环采用模糊自适应的PID控制器,对蒸汽压力起主要控制作用;作为随动子系统,内环炉膛温度控制器可以提高系统的动态反应速度提高动态性能.通过仿真实验可以看出,相较传统的PID控制系统,该系统具有很好的相应速度和动态性能.     

基于SoC单片机的小型化SLD光源数字控制系统设计

为提高光纤陀螺用超辐射发光二极管(SLD)光源的稳定性,实现光源性能检测和评价的灵活性,在光源工程化生产中常采用数字化控制系统对光源进行控制。以SoC单片机C8051F060为控制检测平台,结合高性能TEC控制器ADN8831和数字PID控制算法,设计了新型小型化光源数字控制系统。实验表明,该光源数字化控制系统体积小,精度高,操作灵活,可扩展性强,具有良好的实用价值。     

谐振式光纤陀螺全数字闭环方案的算法研究

谐振式光纤陀螺是一种基于光纤环形谐振腔Sagnac效应的新型惯性传感仪器.与现有的其他类型陀螺相比,具有很多性能上的优势.在此提出了一种基于DSP技术的全数字闭环方案,并为这种方案建立了数学模型.借助用z变换表示各个环节的离散传递函数,设计并优化了跟踪谐振频率的算法,并将此算法在DSP中实现.     

静电悬浮微陀螺系统模型的研究

静电悬浮微陀螺需要一套支承系统将高速旋转的环形转子稳定地悬浮在电极环腔中心.在推导被控对象静电力模型的基础上,构建了静电悬浮系统的5轴闭环控制模型,利用该模型分析了悬浮微陀螺的加速度/角速率测量原理,设计了基于数字控制的支承线路.依据敏感表头的结构参数确定了支承线路的电参数,结合悬浮系统性能指标,通过反复仿真来设计控制器参数,分析了悬浮系统的闭环动态特性、刚度特性和抗过载能力.对数字控制器的扫频结果表明:考虑采样频率引起的相位滞后,在剪切频率附近相位误差小超过15°.     

重复控制在陀螺性能测试仪控制系统中的应用

针对航空陀螺性能测试仪长期存在的问题,介绍了一种基于重复控制和数字信号处理器TMS320F2812控制的转速电流双闭环陀螺仪性能测试仪数字控制系统的控制原理、系统硬件组成和软件设计。仿真结果表明,系统具有电路简单、工作可靠、操作简便和直观的特点,具有良好的动态性能和静态性能,具有较高的鲁棒性和性价比,实用性强。     

光纤陀螺用SLD光源的光功率稳定性研究

SLD光源的稳定性对光纤陀螺的性能有及其重要的影响。为提高光纤陀螺的精度 ,设计了 SLD光源的数字化控制系统 ,采用“恒流 +温控”的方案 ,并引入了数字 PID控制算法 ,大大提高了光源出纤光功率的稳定性。用实验证明了数字方法的控制效果远远好于目前广泛应用的模拟控制方法     

用于光纤陀螺油井测斜仪的光源温控系统设计

提出了一种基于DSP的数字化光源温控方案,以适应光纤陀螺油井测斜仪的井下高温工作.方案采用32位TMS320F2812芯片作为控制核心,以脉宽调制(PWM)方式驱动全桥电路.通过分析半导体制冷器TEC的温度动态特性,建立了与之对应的数学模型,设计了PID数字补偿控制算法,实现了数字化的光源温度控制系统.实验结果表明:该温控系统在90℃外界环境温度下,控温精度可以达到±0.03℃,解决了光纤陀螺油井测斜仪的井下高温适应性难题.     

光纤陀螺全数字信号处理技术研究

信号处理技术在光纤陀螺向实用化发展的过程中起着重要作用。本文给出了一种基于ＤＳＰ的全数字信号处理方法。该方法不仅提高了开环光纤陀螺系统的动态范围,而且很好地解决了光纤陀螺的漂移问题。     

光纤陀螺用Y波导半波电压稳定性的研究

Y波导是数字闭环光纤陀螺的核心器件,其半波电压的稳定性直接影响光纤陀螺标度因数的稳定性.工作温度是影响Y波导半波电压稳定性的主要因素,从Y波导物理特性的理论推导和Y波导半波电压随温度变化的实验可以得到半波电压与温度近似成线性规律,实验中半波电压随温度变化线性拟合中产生的非线性误差主要受Y波导的外电场和机械应力的影响.通过对Y波导的半波电压进行标定补偿,使陀螺处于最佳调制状态,从而使其在整个工作温度内获得高稳定性的标度因数.     

A Platform Control Algorithm for Long-endurance Hybrid Inertial Navigation System with Fiber Optic Gyroscope

Instruments and Experimental Techniques - Hybrid inertial navigation system is a new solution to increase long-endurance navigation performance based on fiber optic gyroscope. It relies on...     

光纤耦合器的性能分析

在光纤陀螺中,耦合器的性能变化对陀螺的稳定性有很大的影响,对光纤耦合器性能的分析研究对光纤陀螺的进一步发展具有重大意义。本文对耦合器分光比、损耗及偏振串音特性进行了理论分析与实验研究。基于LabVIEW和Matlab工具的发展和应用,结合两者的优点和实验室的设计需求,设计出了一个便捷、直观、实用性强的耦合器性能分析平台,通过该平台选取出了性能比较好的实验室自制耦合器,便于实际光纤传感系统中不同性能要求的耦合器的选取。     

光纤陀螺仪自动测试系统设计

为了满足多种型号光纤陀螺仪的复杂测试需求,该文设计了一种光纤陀螺仪自动测试系统。该测试系统具有基于FPGA的硬件主板与模块化可更换的陀螺仪电源、信号采集子板,支持多串口测试协议,采集的数据通过串口转换后统一发送到上位机软件端进行存储、分析和显示,可导入模板实现测试、参数标定全程自动化,并生成统计报表。该系统遵循GJB 2426A—2004标准,能兼容市面90%以上的各型光纤陀螺仪,可自动化完成光纤陀螺仪的基本性能测试,大大提升产品研发检测的效率。     

基于刚度轴偏角预估机制的 MEMS 多环谐振陀螺全闭环控制方法

针对微机电系统多环谐振陀螺正交闭环回路存在控制误差问题,提出一种基于刚度轴偏角预估机制的多环陀螺全闭环控制方法。该方法通过对微机电系统多环谐振陀螺刚度轴偏角预估,实现正交闭环回路参数自动优化调整。同时,提出了基于刚度轴偏角预估机制的全数字化闭环控制方法,实现微机电系统多环谐振陀螺的驱动、检测、正交、模态匹配环路的全闭环控制。该方法可提升正交闭环回路信噪比,增强陀螺正交漂移的抑制能力,降低陀螺零偏输出,改善陀螺的零偏不稳定性。实验结果表明,采用本文提出的基于刚度轴偏角预估机制的全闭环控制方法后,微机电系统多环谐振陀螺的零偏输出由0.201°/s降低为0.021 3°/s,零偏不稳定性由39.42°/h降低为1.237°/h,分别降低了9.44倍和31.86倍,验证了该方法对提升微机电系统多环谐振陀螺仪性能的有效性。     

Robust adaptive control for a MEMS vibratory gyroscope

This paper presents an adaptive sliding mode controller for a microelectromechanical systems (MEMS) vibratory z-axis gyroscope. The proposed adaptive sliding mode controller can real-time estimate the angular velocity and the damping and stiffness coefficients. The stability of the closed-loop system can be guaranteed with the proposed adaptive sliding mode control strategy. The numerical simulation for MEMS gyroscope is investigated to show the effectiveness of the proposed control scheme. It is shown that the proposed adaptive sliding mode control scheme offers several advantages such as real-time estimation of gyroscope parameters and large robustness to parameter variations and external disturbance.