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基于模型辨识的石英挠性加速度计控制回路设计

毛伟玲  
【摘要】:石英挠性加速度计是惯性技术应用中最高精度的加速度计,须配合再平衡回路进行加速度测量。对再平衡回路进行合理设计可达到不同的性能指标以满足不同的应用需求。 本文研究了一种基于模型辨识的石英挠性加速度计控制回路设计方法,解决了传统的再平衡回路设计过程中因参数不明而导致的设计盲目,回路参数调整不便等问题。阐述了石英挠性加速度计闭环系统的工作原理,找到了影响加速度测量精度的主要因素,对信号检测电路进行了详细分析,对再平衡回路的模拟部分进行了设计。从力学角度出发,分析得到石英挠性加速度计表头的数学模型的型别,在此基础上设计了石英挠性加速度计模型辨识实验,采用开环辨识的方法得到未校正系统的数学模型,通过多次数据拟合实验验证辨识结果的可靠性。分析了三种不同的校正方式对系统的控制原理,根据辨识实验得到的模型参数选择串联滞后-超前校正网络对石英挠性加速度计系统结构进行调整,通过仿真实验确定控制器参数,设计了增量式数字PID控制器,实时调整石英挠性加速计回路的带宽和稳定裕度以满足不同的应用需求,同时补偿表头参数变化对加速度计闭环系统性能的影响。 控制回路设计完成后,依据国军标对系统性能进行测试和评估,进一步验证石英挠性加速度计模型辨识实验结果和控制器设计的有效性、可靠性。标定实验确定系统的输入输出转换关系,与表头生产厂家给出指标进行对比,证明回路设计有效性。重复性实验测试回路在不同状态下测试相同加速度时的精度高低,稳定性实验测试回路输出零偏值和标度因数的短期稳定性,最后通过数据分析确定了影响回路性能的主要因素,为回路的改进提供了必要依据。


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