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动力调谐陀螺仪的关键技术研究

郝颖  
【摘要】:动力调谐陀螺仪(Dynamically Tuned Gyro,DTG)是一种双自由度的挠性陀螺,因其在结构、体积、成本方面的优势而广泛应用在航空、航天、航海和陆地车辆的导航与定位及油田勘探开发等军事、民用领域中。由于陀螺仪是惯性导航和惯性制导系统的基本测量元件,因此,其高精度、高质量的工作性能与惯导系统所提供的载体姿态参数和导航定位参数的准确性息息相关。 本文的主要内容为提高动力调谐陀螺仪的控制性能、测试技术水平等方面做较深入的研究与分析。具体工作如下: 首先,根据动力调谐陀螺仪两个测量轴存在耦合的问题,讨论了陀螺仪再平衡回路的解耦问题。将基于频率域的前置补偿解耦方法(包括矩阵求逆解耦、不变性解耦和逆向解耦三种方法)及时间域的状态反馈解耦方法使陀螺仪的运动方程转变为理想的单输入单输出形式。 其次,在将陀螺仪模型进行解耦的基础上,提出将自抗扰控制技术和H_∞鲁棒控制理论应用于动力调谐陀螺仪再平衡回路校正中,以提高单条再平衡回路的控制精度以及对外部扰动和模型不确定性的鲁棒性,并在各种假设条件下,与经典的PID控制方法进行了仿真比较试验。 再其次,考虑到惯性仪表噪声是引起其自身测试及构成导航系统后精度的误差源之一,本文还针对动力调谐陀螺仪输出信号的小波滤波方法进行了研究。通过软、硬阈值法及改进后的多项式插值阈值法、软硬阈值折中法、模平方阈值处理法对实际陀螺仪测试数据进行小波去噪处理,选择出最适合于动力调谐陀螺仪信号处理的小波基函数及小波系数估计方法。 此外,本文介绍了借助于先进的虚拟仪器技术的陀螺仪自动化测试系统的设计及实现过程。该测试系统完成了陀螺仪调谐频率控制与确定、模拟/数字式再平衡回路力矩器输入电流采样、陀螺仪测试信号小波去噪的任务。 最后,本文推导了陀螺仪静态测试时,定位误差角及力矩器正交误差角存在条件下陀螺仪静态漂移模型参数辨识的方法:并利用八位置力反馈法测试的陀螺仪漂移数据,对是否考虑存在误差角及陀螺仪工作于欠调谐、调谐、


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