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三轴石英挠性加速度计组合的温度控制研究

段永远  
【摘要】:石英挠性加速度计是利用加速度敏感元件,将载体的加速度转换为能被测量的物理量。随着仅由多加速度计就能独立完成导航的提出,石英挠性加速度计组合以它灵敏精度高、寿命长等优势被广泛的应用于航空航天、导弹制导、航海等领域。而该组合系统的敏感元件石英片对温度非常敏感,这严重影响导航精度,甚至导致导航系统的“失明”。所以克服这个缺点显得及其重要,通常采用温度补偿或者温度控制。 在对温度补偿与温度控制优缺点的分析和对比基础上,掌握了加速度计的基本原理和石英加速度计的温度特性,并结合应用背景提出了温度控制的方案。温控方法中,主要研究了PID控制与模糊PID控制的原理并实现模糊PID的算法,设计的算法程序最后在DSP中调试通过。本文主要完成了以下工作: 本文完成了系统的总体设计方案,主要完成了温度控制的DSP软件算法以及相应的硬件系统设计。在硬件系统电路设计中,选定了热敏电阻以及设计了温度采集电路,并进行了DSP和FPGA的芯片选型以及设计了相应的外围电路,并设计了FPGA与DSP之间的通信方式;DSP软件算法实现过程中,在研究了PID控制和自适应模糊PID控制的理论基础上,详细的分析了它们的算法,通过在MATLAB的Simulink中对它们进行了仿真对比,确定了自适应模糊PID控制算法对温度进行控制更具有优越性。在选定算法后,设计编写了DSP程序,通过DSP仿真JTAG接口调试与测试完成代码后,将其写入到了DSP的FLASH中,实现了软件算法。 最后,为了验证设计的合理性,分别在不同的温度进行了多次反复的测试,并通过RS232串口通信实现了加速度计的三个轴方向和温度的数据的采集。通过对数据的详细分析,该温度控制系统的精度都很好的满足了实际应用的要求。


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