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

1、硅微機械陀螺儀因具有體積小，重量輕，功耗低等優(yōu)點，在軍民領(lǐng)域均有著重要應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)過二十余年的發(fā)展，硅微機械陀螺儀的傳統(tǒng)測控算法已經(jīng)比較成熟，近年來國內(nèi)外多位學(xué)者對在硅微機械陀螺儀上運用新型的控制算法進行了研究。其中，部分文獻對模型參考自適應(yīng)算法進行了描述。這種自適應(yīng)控制算法通過將陀螺儀的工作狀態(tài)與參考模型進行對比，能夠?qū)崟r地對包括輸入角速度在內(nèi)的陀螺儀部分關(guān)鍵參數(shù)進行估計，并且計算出適當?shù)姆答伭Σ⑤敵觯瑥亩_到控制陀螺

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

3、耦合系數(shù)不對稱，旋轉(zhuǎn)模態(tài)的激發(fā)以及其陀螺儀工作穩(wěn)定性和信號檢測的影響，參考模型在數(shù)字電路中的實現(xiàn)與運用等問題，以Lyapunov穩(wěn)定性等標準，對算法的各模塊進行重新設(shè)計和論證。
　　(2)以Simulink和DSPbuilder為仿真工具，對整套系統(tǒng)的算法進行仿真，并驗證了部分關(guān)鍵系數(shù)對其測量精度，測量帶寬，階躍相應(yīng)等性能的影響，并以此為依據(jù)對這些參數(shù)的取值進行優(yōu)化。進行DSPbuilder的仿真時，在RTL級上對自適應(yīng)算法進行描

4、述，即確定其每個部分實現(xiàn)的位數(shù)，截斷，各模塊的層次以及相互關(guān)系，以及算法使用的時鐘等。同時仿真了系統(tǒng)在陀螺儀參數(shù)突變等極端情況下的輸出以測試算法的穩(wěn)定性與魯棒性。
　　(3)設(shè)計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)字信號測控電路板，以DSPbuilder仿真中確定的算法結(jié)構(gòu)與參數(shù)為依據(jù)，通過Verilog HDL語言將算法編寫在數(shù)字板的FPGA芯片中，實現(xiàn)對算法的實驗驗證。測