数字滤波器在惯性测量装置中的应用

分析了数字电压表和数字示波器对惯性测量装置（IMU）模拟输出的测量数据，为了减少惯性测量装置模拟输出中的干扰信号对模数转换结果的影响，设计了数字巴特沃斯滤波器和中值平均滤波器。通过计算机仿真和实测说明：这两种数字滤波方法均可以在几乎不增加硬件的条件下提高IMU数字输出精度。     

基于模糊PID的直流力矩电机转速控制

在分析模糊控制和 PID 控制结合方式的基础上,设计了一个二维模糊 PID 控制算法,该算法根据误差信号是否达到阈值来决定何时在模糊控制与 PID 控制之间切换。采用编码器、80196KC 单片机、16 位 D/A 转换器和直流力矩电并结合上述控制算法构成直流力矩电机的模糊PID 稳速控制系统。通过对标准 PID 和模糊 PID 实测数据分析比较说明,模糊 PID 控制可以达到无超调输出,其调节时间小于标准 PID 控制的调节时间,稳态误差小于万分之四。     

陀螺数字PID温度控制系统设计与实现

介绍了陀螺温控系统的传统控制方法,并在此基础上提出了基于PC/104的数字PID控制的陀螺温度控制方法。实验结果表明这种控制方法能够满足陀螺快速启动、并保持其内部工作温度恒定的精度要求。     

基于姿态跟踪的LINS晃动基座初始对准

为了提高激光捷联惯性导航系统在晃动基座上的初始对准准确度,将惯性仪表数据的低频波动看作载体真实姿态晃动的反映,采用对准算法跟踪这种姿态变化.粗对准在惯性坐标系进行,利用惯性系对准对姿态变化敏感的特性,跟踪载体姿态角变化,确保粗对准误差为小角度;精对准采用标准Kalman滤波,避免了复杂的非线性算法,将两个水平加速引入Kalman滤波的量测向量,利用水平加速度对姿态角变化的敏感性,提高了Kalman滤波对准算法跟踪载体姿态变化的能力.提出了一种晃动基座对准准确度的考核方法,通过激光捷联惯性导航系统车载晃动对准和跑车试验,表明所提对准算法可以在风扰、发动机工作、人员晃动等干扰条件下,实现自对准,对准时间180s,对准重复性为0.04°,跑车水平定位误差达到770m/h,满足高准确度惯性导航设备要求.     

全数字IMU方案研究

分析了现有IMU内部模拟电路的不足，提出全数字IMU方案和结构框图，其内容包括高精度模数转换电路、高速数学运算平台、陀螺数字伺服电路、高精度数字温控电路和以数字滤波数据融合为核心的计算方法。论证了陀螺回路数字控制方案、陀螺模糊温度控制方案，确定出陀螺回路A／D采样频率应大于3000Hz，高精度A／D转换器采样频率应大于500Hz，且位数不应低于18bit。最后，展示了已经研制成功的3项试验结果：24bit A／D与陀螺和加速度计联机实测结果、CPU和24bit A／D间接口通讯逻辑接口和基于模糊控制的陀螺温控系统。     

炮用寻北方位测量系统

采用直流力矩电动机和数字控制技术,拖动一个装有挠性陀螺、石英挠性加表的转盘连续转动四个位置,测量每个位置上陀螺和加速度计的输出,从而计算出定位面和北向的夹角。推导了北向角计算公式、方位角增量计算公式,分析了系统组成,给出了原理框图。为了缩短寻北时间,克服地基抖动和风扰等影响,采用数字滤波、平稳过程建模、小波滤波、Kalman滤波等技术对陀螺信号进行预处理。试验证明:求平均和经典数字滤波可减小陀螺数据方差10倍左右,Kalman滤波可以减小30倍。目前该系统样机已经研制成功,控制器和计算平台采用PC104,显示器为可在野外使用的EL屏,4×4小键盘采用不锈钢防水设计,具有抗低温能力,系统内置GPS接受机、蓄电池,可实现野外定位定向自动化。测试表明:样机定向精度优于2 mil,定向时间小于2.5 min。     

基于模糊控制的陀螺温度控制系统研究

对于具有大时间延迟环节并难以建立精确数学模型的陀螺温度控制系统,提出基于模糊控制器的陀螺温度控制系统。采用以经验为基础的模糊规则控制。实验证明,这种温度控制方法可以达到所要求的快速启动、输出稳定等精度要求。     

挠性捷联惯性导航系统误差补偿技术

为了补偿载体角运动和振动引起的捷联惯性导航系统导航误差,通过分析载体角运动引起的圆锥误差,挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加表零位变化等因素对导航结果的影响,采用三子样算法和非线性补偿技术,对上述误差进行了补偿。摇摆试验和跑车试验证明,通过上述补偿后,姿态精度、水平定位精度、垂直定位精度有明显的提高。     

陀螺Fuzzy-PID温度控制系统研究

对于具有大时间延迟环节并难以建立精确数学模型的陀螺温度控制系统,提出采用模糊自整定PID控制参数的Fuzzy-PID陀螺温度控制方法。该方法可以集模糊控制与PID控制之所长,有较好的抗干扰能力。温控及高低温实验证明,该系统可以达到所要求的快速启动、输出稳定并能较好适应工作环境变化等精度要求。     

数字信号处理技术在陀螺多位置寻北仪中的应用

在分析陀螺多位值寻北仪工作原理的基础上，采用求平均值和数字滤波处理陀螺输出数据，并比较了寻北结果重复性。试验表明：数字滤波后寻北精度明显提高。为进一步提高寻北精度，比较了数字滤波、AR(2)模型、小波滤波和Kalman滤波四种信号处理方法。结果表明：数字滤波、AR(2)模型和小波滤波均可以提高陀螺输出信号重复性，小波尺度重构出来的信号方差比原始信号方差降低一个数量级，Kalman滤波器使陀螺输出重复性提高30倍。由于这些方法使陀螺输出更加平稳，因而有利于提高指北仪最终寻北精度。