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(diǎn)的新型振動(dòng)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(shí)現(xiàn)自適應(yīng)處理等特點(diǎn)。
　　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(shí)現(xiàn)。首先詳細(xì)闡述半球諧振陀螺原理以及控制模型的理論研究，重點(diǎn)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(shù)手段進(jìn)行了控制系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)的驗(yàn)證、指標(biāo)的預(yù)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(jìn)行了較為詳細(xì)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(chǔ)上，提出了數(shù)字控制電路整體設(shè)計(jì)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(gòu)，在該方案中充分利用了DSP浮點(diǎn)運(yùn)算能力強(qiáng)，F(xiàn)PGA并行數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換速度快，時(shí)間同步性能好的優(yōu)勢，這部分作為整個(gè)電路的核心處理單元。同時(shí)，再加上外圍的高精度A/D、D/A、DDS等器件，實(shí)現(xiàn)對半球諧振陀螺的精密控制與進(jìn)動(dòng)角的讀出。本文重點(diǎn)對前級緩沖放大器、AD/DA電路設(shè)計(jì)、FPGA和DSP電路設(shè)計(jì)、利用MATLAB進(jìn)行FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、相位跟蹤技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、陀螺多參量誤差建模與補(bǔ)償、DSP程序

4、的燒寫、利用Visual BASIC高級語言進(jìn)行調(diào)試軟件的編寫等部分進(jìn)行了闡述，并對數(shù)字控制算法進(jìn)行了深入剖析，最終完成了數(shù)字化控制半球陀螺樣機(jī)。
　　完成樣機(jī)后，參照了一些陀螺測試規(guī)范對樣機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的測試，包括：速率測試、隨機(jī)漂移測試、帶寬測試等。將測試相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)是實(shí)現(xiàn)半球諧振陀螺數(shù)字控制電路的原理樣機(jī)，因此還有很多需要改進(jìn)和優(yōu)化的地方，在