基于自適應(yīng)控制的硅微機(jī)械數(shù)字化陀螺儀系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、硅微機(jī)械陀螺儀因具有體積小，重量輕，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在軍民領(lǐng)域均有著重要應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)二十余年的發(fā)展，硅微機(jī)械陀螺儀的傳統(tǒng)測(cè)控算法已經(jīng)比較成熟，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外多位學(xué)者對(duì)在硅微機(jī)械陀螺儀上運(yùn)用新型的控制算法進(jìn)行了研究。其中，部分文獻(xiàn)對(duì)模型參考自適應(yīng)算法進(jìn)行了描述。這種自適應(yīng)控制算法通過(guò)將陀螺儀的工作狀態(tài)與參考模型進(jìn)行對(duì)比，能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)包括輸入角速度在內(nèi)的陀螺儀部分關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并且計(jì)算出適當(dāng)?shù)姆答伭Σ⑤敵?，從而達(dá)到控制陀螺

2、儀并測(cè)量角速度的目的。各文獻(xiàn)中并沒(méi)有描述將這種算法實(shí)際運(yùn)用于硅微機(jī)械陀螺儀中，大部分研究停留在理論推導(dǎo)和算法仿真階段。因此本文以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的Z軸雙線(xiàn)性振動(dòng)音叉式硅微機(jī)械陀螺儀為研究對(duì)象，展開(kāi)將模型參考自適應(yīng)控制算法運(yùn)用于硅微機(jī)械陀螺儀數(shù)字化系統(tǒng)中的方案研究，研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)分析已有的硅微機(jī)械陀螺儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與動(dòng)態(tài)特性，選擇合適的模型參考自適應(yīng)算法對(duì)其進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)論證整體的系統(tǒng)算法框架。綜合考慮實(shí)際情況中

3、耦合系數(shù)不對(duì)稱(chēng)，旋轉(zhuǎn)模態(tài)的激發(fā)以及其陀螺儀工作穩(wěn)定性和信號(hào)檢測(cè)的影響，參考模型在數(shù)字電路中的實(shí)現(xiàn)與運(yùn)用等問(wèn)題，以Lyapunov穩(wěn)定性等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)算法的各模塊進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和論證。
　　(2)以Simulink和DSPbuilder為仿真工具，對(duì)整套系統(tǒng)的算法進(jìn)行仿真，并驗(yàn)證了部分關(guān)鍵系數(shù)對(duì)其測(cè)量精度，測(cè)量帶寬，階躍相應(yīng)等性能的影響，并以此為依據(jù)對(duì)這些參數(shù)的取值進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)行DSPbuilder的仿真時(shí)，在RTL級(jí)上對(duì)自適應(yīng)算法進(jìn)行描

4、述，即確定其每個(gè)部分實(shí)現(xiàn)的位數(shù)，截?cái)啵髂K的層次以及相互關(guān)系，以及算法使用的時(shí)鐘等。同時(shí)仿真了系統(tǒng)在陀螺儀參數(shù)突變等極端情況下的輸出以測(cè)試算法的穩(wěn)定性與魯棒性。
　　(3)設(shè)計(jì)并制作適用于選定的陀螺儀表頭和自適應(yīng)控制算法的模擬前端接口電路和以FPGA芯片為核心器件的數(shù)字信號(hào)測(cè)控電路板，以DSPbuilder仿真中確定的算法結(jié)構(gòu)與參數(shù)為依據(jù)，通過(guò)Verilog HDL語(yǔ)言將算法編寫(xiě)在數(shù)字板的FPGA芯片中，實(shí)現(xiàn)對(duì)算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。測(cè)