基于動力調(diào)諧陀螺儀的模型分析與教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、基于動力調(diào)諧基于動力調(diào)諧陀螺儀的模型分析與教學(xué)系陀螺儀的模型分析與教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)設(shè)計TheModelAnalysisTeachingSystemDesignBasedonDynamicTunedGyroscope學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)作者姓名：焦君妍指導(dǎo)教師：李醒飛教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一六年十二月I摘要針對傳統(tǒng)測控教學(xué)實驗設(shè)備模塊少，功能單一等的不足，本文設(shè)計一種基于動力調(diào)諧陀螺儀的教學(xué)系統(tǒng)，集系統(tǒng)辨識、桌面仿真、

2、數(shù)字濾波與降噪、虛擬儀器等技術(shù)于一體，并按照測控系統(tǒng)正向設(shè)計流程，對此系統(tǒng)進行了理論分析、硬件設(shè)計和實驗驗證。首先，結(jié)合動調(diào)陀螺的機械結(jié)構(gòu)特點和歐拉動力學(xué)原理，得到動調(diào)陀螺開環(huán)簡化模型，然后通過系統(tǒng)辨識方法，獲取模型參數(shù)，并在開環(huán)模型參數(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計陀螺表頭模擬器和教學(xué)實驗系統(tǒng)，最后設(shè)計了電路實驗和系統(tǒng)辨識實驗，對整個系統(tǒng)進行實驗驗證，證明設(shè)計的合理性。主要研究內(nèi)容如下：1.分析了動調(diào)陀螺表頭的開環(huán)模型和模型誤差。對動調(diào)陀螺內(nèi)部復(fù)雜的機械

3、結(jié)構(gòu)進行歐拉動力學(xué)分析，得到陀螺開環(huán)模型；并根據(jù)陀螺轉(zhuǎn)子的機械結(jié)構(gòu)特點對系統(tǒng)進行模型誤差分析，獲取陀螺表頭系統(tǒng)辨識的先驗知識。2.提出正交Levy辨識法，對陀螺表頭模型參數(shù)進行辨識。根據(jù)動調(diào)陀螺內(nèi)部強有色噪聲干擾的特點，提出了一種正交Levy辨識法，將正交投影算法和傳統(tǒng)Levy辨識法相結(jié)合，提高傳統(tǒng)Levy法抑制噪聲的能力。并通過正交Levy辨識法獲取陀螺表頭模型參數(shù)，擬合度達90%以上，為模擬表頭和再平衡回路的設(shè)計提供了依據(jù)。3.搭建

4、動調(diào)陀螺模擬表頭和動調(diào)陀螺測控教學(xué)系統(tǒng)，包括模擬表頭的設(shè)計、積分器的選擇、阻尼參數(shù)的計算以及再平衡回路中各電路模塊的設(shè)計。通過理論計算和桌面仿真的方式，確定設(shè)計參數(shù)，為實驗過程中各個參數(shù)的調(diào)整提供理論指導(dǎo)。4.設(shè)計動調(diào)陀螺測控教學(xué)系統(tǒng)的電路實驗和系統(tǒng)辨識實驗。電路實驗包括陀螺模擬表頭實驗、再平衡回路實驗和閉環(huán)系統(tǒng)電路實驗，對各個電路模塊和整個系統(tǒng)的時域響應(yīng)特性進行了驗證；系統(tǒng)辨識實驗包括模擬表頭辨識實驗和閉環(huán)系統(tǒng)辨識實驗，主要從頻域和模