半球諧振陀螺數(shù)字控制電路研究.pdf

1、半球諧振陀螺儀(HRG)是具有高可靠、高精度、長壽命等特點的新型振動陀螺。過去半球諧振陀螺儀的控制電路部分采用模擬電路為主。在精度要求越來越高的今天，由于是小信號處理，模擬電路越來越難以滿足我們的要求。而數(shù)字電路功耗低、有很高的集成度、穩(wěn)定、調(diào)試方便、容易實現(xiàn)自適應處理等特點。
　　本論文正是針對上述問題，研究半球諧振陀螺數(shù)字控制電路的實現(xiàn)。首先詳細闡述半球諧振陀螺原理以及控制模型的理論研究，重點研究了半球諧振陀螺多環(huán)路離散控制模

2、型，通過仿真等技術手段進行了控制系統(tǒng)的關鍵參數(shù)的驗證、指標的預估、方案的選型與評估等。由于半球諧振陀螺屬于小信號分析和處理，因此電極信號讀出和前置緩沖放大器極為重要，將直接決定產(chǎn)品的整體性能。因此本文也著重就電極信號的讀出、工作模式的選取、前級緩沖放大電路的研究、數(shù)字控制系統(tǒng)算法以及現(xiàn)代控制理論等進行了較為詳細的推斷和闡述。最終確定了最優(yōu)的控制系統(tǒng)方案。
　　在上述理論研究的基礎上，提出了數(shù)字控制電路整體設計思路。半球陀螺數(shù)字控制

3、系統(tǒng)主要采用DSP+FPGA的硬件架構，在該方案中充分利用了DSP浮點運算能力強，F(xiàn)PGA并行數(shù)據(jù)采集與轉換速度快，時間同步性能好的優(yōu)勢，這部分作為整個電路的核心處理單元。同時，再加上外圍的高精度A/D、D/A、DDS等器件，實現(xiàn)對半球諧振陀螺的精密控制與進動角的讀出。本文重點對前級緩沖放大器、AD/DA電路設計、FPGA和DSP電路設計、利用MATLAB進行FIR數(shù)字濾波器設計、相位跟蹤技術的實現(xiàn)、陀螺多參量誤差建模與補償、DSP程序

4、的燒寫、利用Visual BASIC高級語言進行調(diào)試軟件的編寫等部分進行了闡述，并對數(shù)字控制算法進行了深入剖析，最終完成了數(shù)字化控制半球陀螺樣機。
　　完成樣機后，參照了一些陀螺測試規(guī)范對樣機進行了詳細的測試，包括：速率測試、隨機漂移測試、帶寬測試等。將測試相關數(shù)據(jù)進行了整理和處理，用測試數(shù)據(jù)證明了半球諧振陀螺數(shù)字控制電路的優(yōu)越性。
　　由于該樣機是實現(xiàn)半球諧振陀螺數(shù)字控制電路的原理樣機，因此還有很多需要改進和優(yōu)化的地方，在