半球諧振陀螺數(shù)字控制回路分析與設計.pdf

1、半球諧振陀螺是一種沒有轉動部件的振動陀螺,不會因為磨損而導致老化和精度下降。半球諧振陀螺通過檢測諧振子上的微米級振幅的振動從而解算出角速率或角度。因為其高精度、高可靠性、長壽命等優(yōu)點,所以半球諧振陀螺在美國NASA已經(jīng)被廣泛應用于空間領域,但是在我國半球諧振陀螺仍然處于發(fā)展階段。本文立足于國內半球諧振陀螺的現(xiàn)狀,通過對半球諧振陀螺特性和原理進行詳細分析,并為其設計一套基于力平衡模式的數(shù)字控制回路,目的在于提高信號處理的精度,提升陀螺組件

2、的整體性能,并且進一步降低功耗。
　　本文研究涉及:
　　1通過分析半球諧振陀螺的進動原理和研究諧振子的數(shù)學模型,根據(jù)其特點確定采用力平衡模式的數(shù)字控制回路方案;
　　2分析半球諧振陀螺在力平衡模式下的輸出信號形式,確定控制方式和控制回路。其中,控制回路包括頻率跟蹤回路、力反饋回路、正交控制回路和幅值控制回路。通過計算得到每個控制回路的信號處理方案,并對其進行詳細的建模和分析;
　　3根據(jù)理論分析和仿真的結果,對

3、半球諧振陀螺的控制回路進行工程化的電路設計。電路設計主要包括:陀螺信號的采集電路、激勵電路以及信號處理電路;
　　4依據(jù)控制模型和理論分析,設計半球諧振陀螺數(shù)字控制電路中的FPGA程序,分析每個功能模塊功能,確定輸入和輸出接口,并進行模塊的前后仿真。其中對解調和調制等模塊設計進行了改進和優(yōu)化,有利于降低資源使用率和提高程序執(zhí)行效率,并且在一些關鍵模塊中加入補償模式,以此來提高控制信號精度;
　　5通過對具有數(shù)字回路控制的半球