半球諧振陀螺數(shù)字控制回路分析與設(shè)計(jì).pdf

1、半球諧振陀螺是一種沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的振動(dòng)陀螺,不會(huì)因?yàn)槟p而導(dǎo)致老化和精度下降。半球諧振陀螺通過(guò)檢測(cè)諧振子上的微米級(jí)振幅的振動(dòng)從而解算出角速率或角度。因?yàn)槠涓呔取⒏呖煽啃浴㈤L(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn),所以半球諧振陀螺在美國(guó)NASA已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于空間領(lǐng)域,但是在我國(guó)半球諧振陀螺仍然處于發(fā)展階段。本文立足于國(guó)內(nèi)半球諧振陀螺的現(xiàn)狀,通過(guò)對(duì)半球諧振陀螺特性和原理進(jìn)行詳細(xì)分析,并為其設(shè)計(jì)一套基于力平衡模式的數(shù)字控制回路,目的在于提高信號(hào)處理的精度,提升陀螺組件

2、的整體性能,并且進(jìn)一步降低功耗。
　　本文研究涉及:
　　1通過(guò)分析半球諧振陀螺的進(jìn)動(dòng)原理和研究諧振子的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)其特點(diǎn)確定采用力平衡模式的數(shù)字控制回路方案;
　　2分析半球諧振陀螺在力平衡模式下的輸出信號(hào)形式,確定控制方式和控制回路。其中,控制回路包括頻率跟蹤回路、力反饋回路、正交控制回路和幅值控制回路。通過(guò)計(jì)算得到每個(gè)控制回路的信號(hào)處理方案,并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的建模和分析;
　　3根據(jù)理論分析和仿真的結(jié)果,對(duì)

3、半球諧振陀螺的控制回路進(jìn)行工程化的電路設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)主要包括:陀螺信號(hào)的采集電路、激勵(lì)電路以及信號(hào)處理電路;
　　4依據(jù)控制模型和理論分析,設(shè)計(jì)半球諧振陀螺數(shù)字控制電路中的FPGA程序,分析每個(gè)功能模塊功能,確定輸入和輸出接口,并進(jìn)行模塊的前后仿真。其中對(duì)解調(diào)和調(diào)制等模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化,有利于降低資源使用率和提高程序執(zhí)行效率,并且在一些關(guān)鍵模塊中加入補(bǔ)償模式,以此來(lái)提高控制信號(hào)精度;
　　5通過(guò)對(duì)具有數(shù)字回路控制的半球