基于模糊神经网络的光纤陀螺温度控制研究

论文摘要

光纤陀螺作为捷联惯性导航系统中的关键部分之一,其优良的性能决定着整个惯性导航的精度。由于其自身结构的特点,光纤陀螺对温度的敏感性比较高,所以需采取必要的措施对温度进行相应的控制或补偿,以抑制温度对其输出的影响。根据实际应用的需求,本文采用温控方式对光纤陀螺进行控制。在分析和总结国内外研究学者研究成果的基础上,结合光纤陀螺的温度特性,对温度控制方法和硬件结构进行了深入研究,主要的研究内容如下:①系统总体设计部分:在分析光纤陀螺的工作原理和温度特性后,并依据系统的技术指标,提出了温度控制的整体设计方案。然后对系统设计中的硬件电路和软件设计进行了简单的概述,最后对系统采用的二级温控方案进行了具体的设计和介绍。②系统硬件电路设计部分:依据系统控制指标的要求,系统采取DSP6713+FPGA为硬件控制平台,并对系统硬件控制电路进行了设计。在数据采集方面,首先对DSP6713和FPGA常用的数据交换方式进行了对比,最后选用pingpong操作方式实现系统数据采集过程。③系统软件设计部分:在分析常用温度控制方法的基础上,本文采用了基于模糊神经网络的温度控制方式。设计了双输入单输出的模糊神经网络温控系统,并对反向学习过程进行论述。④在matlab上进行模糊神经网络的程序编写及系统仿真,分析了模糊神经网络学习过程中学习步长对输出精度的影响;并与传统PID控制方法做出对比,验证了模糊神经网络控制算法的可行性和优越性。最后,对光纤陀螺温度控制系统进行了常温测试与高低温测试,并进行了分析。本文提出了模糊神经网络的光纤陀螺的温度控制方法。通过实验表明,该方法满足系统的控制精度,加热时间小于20min,满足了系统的稳定性、实时性、精度等要求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 光纤陀螺的国内外发展概况
• 1.2.1 光纤陀螺的国外发展现状
• 1.2.2 光纤陀螺的国内发展现状
• 1.3 光纤陀螺温度补偿与温度控制对比
• 1.4 温度控制的国内外发展现状
• 1.4.1 温度控制的国外发展现状
• 1.4.2 温度控制的国内发展现状
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 2 光纤陀螺的工作原理及系统温控方案设计
• 2.1 光纤陀螺的工作原理及性能指标
• 2.1.1 光纤陀螺基本原理
• 2.1.2 光纤陀螺的性能指标
• 2.1.3 光纤陀螺的温度特性
• 2.2 光纤陀螺温控系统的技术指标
• 2.3 光纤陀螺温控单元设计
• 3 温度控制单元的硬件设计
• 3.1 硬件电路总体设计
• 3.2 模拟电路设计
• 3.2.1 温度采集放大电路
• 3.2.2 A/D 转换单元设计
• 3.3 DSP 最小硬件系统设计
• 3.3.1 DSP 芯片选型
• 3.3.2 最小系统电路设计
• 3.4 FPGA 模块设计
• 3.4.1 FPGA 芯片选型
• 3.4.2 FPGA 模块硬件电路设计
• 3.5 DSP 与FPGA 之间的通信
• 3.5.1 DSP 与FPGA 常用数据通用方法对比
• 3.5.2 Pingpong 整体实现过程
• 3.5.3 Pingpong 缓冲在DSP 的实现
• 3.5.4 Pingpong 缓冲在FPGA 的实现
• 4 温度控制单元的软件设计
• 4.1 温控系统常用方法
• 4.2 基于模糊神经网络的温控单元设计
• 4.2.1 模糊神经网络概述
• 4.2.2 模糊神经网络系统的设计
• 4.2.3 模糊神经网络的学习算法
• 5 系统算法仿真及实验
• 5.1 系统算法仿真及对比
• 5.1.1 温控系统PID 控制仿真
• 5.1.2 模糊神经网络系统仿真
• 5.1.3 仿真结果对比
• 5.2 温控系统测试实验
• 5.2.1 温控系统常温测试实验
• 5.2.2 温控系统高低温测试实验
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 攻读硕士在校期间发表的论文
• B. 电路原理图