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《国防科学技术大学》 2007年
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动力调谐陀螺建模与数字化控制问题研究

张连超  
【摘要】: 动力调谐陀螺仪(Dynamically Tuned Gyroscope)是一种二自由度挠性陀螺仪,用于敏感惯性空间的角速度。作为一种中高精度、成本低廉的惯性仪表,动力调谐陀螺仪已广泛应用于军事、航空、航天、航海、机器人、车辆导航、大地测量等领域,而且在一定时期之内仍是惯性测量的主要元件。本文以实现动力调谐陀螺的数字化控制为目标,主要研究陀螺新的建模方法,开发数字控制器快速设计和调试方法,在提高设计、调试效率的同时,提高动力调谐陀螺仪的动态性能、精度和可靠性,并在一定程度上提高陀螺系统工作的鲁棒性。 针对传统的传递函数分析陀螺结构模型的方法推导过程复杂、直观性不强、难以描述陀螺系统的整体工作过程和漂移误差等问题,论文研究了基于键合图原理的陀螺系统建模方法,利用所建立的陀螺模型进行了动力学分析,并与陀螺的开环传递函数进行了仿真对比,验证了陀螺键合图模型的有效性。 在所建立键合图模型的基础上进行了陀螺漂移误差机理的分析,结合八位置试验结果,建立了含有漂移参数的增广键合图模型,为陀螺数字控制器的设计及补偿算法的实现提供了依据。针对陀螺结构设计、制造与控制器设计、调试联系不紧密的问题,研究了陀螺系统结构与控制一体化的仿真方法,为提高设计效率,获得优化的系统整体性能奠定基础。 考虑到传统的陀螺控制器设计、调试周期长,难以满足科研和生产需求的问题,在分析了动力调谐陀螺控制器设计中几个关键问题的基础上,实现了基于半实物仿真系统的陀螺数字控制器快速设计方法,为陀螺仪的数字控制提供了较为规范的系统仿真、设计、调试和性能评价的方法。以此为基础设计了陀螺数字再平衡回路的H_∞鲁棒控制器,以克服陀螺制造误差引起的控制器通用性差的问题。 为提高陀螺离散控制系统的鲁棒性,针对在高采样率时z域离散引起的闭环极点靠近稳定边界的问题,探讨了基于δ算子的H_∞状态反馈控制器和输出反馈控制器设计。在状态不完全可测的情况下,利用δ算子的H_∞输出反馈控制设计了再平衡回路的鲁棒控制器,使得在高采样率时离散系统的闭环特性接近连续域。 最后针对传统的模拟控制器线路复杂、调试效率不高、接口通用性不好的问题,设计并实现了基于DSP的动力调谐陀螺数字控制系统,其中包括三相陀螺电机电源、传感器励磁电源和数字再平衡回路的硬件。设计了系统控制软件的结构及程序流程,最后进行了整个系统的性能测试。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:V241.5

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【同被引文献】
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【相似文献】
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4 张立汉;基于PCI总线的多通道D/A控制卡的研究[D];内蒙古工业大学;2005年
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