基于FPGA的硅微機(jī)械陀螺儀滑模控制研究.pdf

1、微機(jī)械陀螺是采用微機(jī)械加工技術(shù)制造、用于測(cè)量物體旋轉(zhuǎn)角度或角速度的一種慣性傳感器,具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)防軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。微機(jī)械陀螺大多是基于科里奧利效應(yīng)的振動(dòng)式陀螺,工作時(shí)需要對(duì)其驅(qū)動(dòng)模態(tài)的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行精確控制,以提高陀螺性能。因此,高性能控制電路是微機(jī)械陀螺研究的重要內(nèi)容。
　　目前微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)模態(tài)的控制大多采用自動(dòng)增益控制(Automatic Generation Con

2、trol,AGC)、鎖相環(huán)(Phase Locked Loop,PLL)、自激振蕩等控制方法。這些方法實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單、技術(shù)比較成熟,但是控制精度較低、抗干擾能力不強(qiáng),易受到外界干擾、測(cè)量精度難以提高;另外,目前普遍采用的模擬控制方法,具有噪聲大、靈活性差、調(diào)試復(fù)雜等缺點(diǎn)使其難以滿足高精度應(yīng)用場(chǎng)合。針對(duì)以上問題,本文以電磁式微機(jī)械陀螺儀為對(duì)象,深入開展其數(shù)字化控制電路的研究,提出以滑?？刂?Sliding Mode Control,SMC)算

3、法為核心的數(shù)字化閉環(huán)控制系統(tǒng),建立微機(jī)械陀螺動(dòng)力學(xué)模型,完成滑?？刂破?、硬件電路和控制邏輯設(shè)計(jì),搭建測(cè)試平臺(tái),完成微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)控制系統(tǒng)測(cè)試。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　?、僬{(diào)研微機(jī)械陀螺儀控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,對(duì)現(xiàn)有的典型控制方法的原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行分析,調(diào)研滑模控制的研究和發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)微機(jī)械陀螺儀的控制要求和現(xiàn)有技術(shù)的不足,確定了本文的主要研究?jī)?nèi)容;
　?、诜治鑫C(jī)械陀螺儀的工作原理,建立了其驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)

4、的動(dòng)力學(xué)模型,根據(jù)微機(jī)械陀螺儀對(duì)控制系統(tǒng)的要求,提出以SMC為核心的微機(jī)械陀螺儀數(shù)字化閉環(huán)控制系統(tǒng);
　?、垩芯苛藱C(jī)械陀螺儀滑模控制算法,通過設(shè)計(jì)切換面、趨近律和控制策略,完成滑模控制器的設(shè)計(jì),利用matlab-Simulink建立了陀螺滑膜控制系統(tǒng)仿真模型,對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真分析;
　?、苎芯苛碎]環(huán)控制系統(tǒng)硬件電路和控制邏輯設(shè)計(jì),完成了以FPGA為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì);
　　⑤搭建微機(jī)械陀螺儀控制系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái),完成