三轴稳定平台中陀螺的信号处理及解耦问题研究

论文摘要

稳定平台是以陀螺为敏感元件,能隔离载体的角运动并能使被控对象按照指令运动的机电控制系统,它是进行目标自动跟踪与锁定的关键设备,被广泛应用于航天、航空、航海和兵器等科技领域。随着国防武器装备水平的发展,现在对稳定平台的稳定跟踪精度的要求越来越高。本文对陀螺仪的信号和三轴之间的耦合问题进行了较为深入的分析和研究。首先,本文对实际系统使用的液浮积分陀螺仪建立了运动方程和传递函数模型,详细的分析了影响陀螺仪漂移误差的主要因素,并建立了动态漂移误差、静态漂移误差的数学模型。其次,针对陀螺仪随机漂移误差,进行了详细的数理统计分析,并在时间序列分析法的基础上建立了ARMA模型。然后用经典的卡尔曼滤波算法、改进的自适应卡尔曼滤波算法以及软阈值小波分析法对陀螺仪的信号进行了处理。结果表明:三种算法都在一定程度上有效的抑制了噪声,但在实际工程中,小波去噪算法复杂,实时性差,运用自适应卡尔曼滤波对陀螺信号进行处理,可以取得良好的效果。最后,由于稳定平台在运动过程中,三轴框架之间存在耦合关系,影响系统的工作性能,本文对环架驱动信号的合理分配进行了研究,分析了三轴稳定平台中的三轴框架的动力学耦合关系,并建立了动力学耦合方程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外的发展状况
• 1.2.1 稳定平台的发展
• 1.2.2 陀螺及其处理研究现状
• 1.3 稳定平台的结构方案及其框架伺服系统
• 1.3.1 稳定平台的基本结构方案
• 1.3.2 框架伺服系统的基本结构
• 2 陀螺仪漂移误差的分析
• 2.1 单自由度液浮积分陀螺仪
• 2.1.1 单自由度陀螺仪
• 2.1.2 液浮积分陀螺仪的传递函数及频率特性
• 2.2 陀螺仪的漂移误差
• 2.2.1 影响陀螺仪漂移误差的因素
• 2.2.2 陀螺漂移误差模型的分类
• 2.3 本章小结
• 3 陀螺随机漂移建模
• 3.1 陀螺随机漂移数据的统计分析
• 3.1.1 随机漂移数据的采集
• 3.1.2 陀螺随机漂移的平稳性分析和趋向性检验
• 3.2 时间序列分析法简介
• 3.3 ARMA模型及其特性
• 3.4 陀螺随机漂移的ARMA模型建立
• 3.4.1 差分运算
• 3.4.2 周期函数拟合
• 3.4.3 残差序列的平稳性检验和正态性检验
• 3.4.4 模型拟合
• 3.4.5 模型检验
• 3.5 本章小结
• 4 陀螺的信号处理
• 4.1 液浮积分陀螺单轴稳定平台的传递函数
• 4.2 陀螺漂移的卡尔曼滤波
• 4.2.1 离散形式的卡尔曼滤波算法
• 4.2.2 经典卡尔曼滤波
• 4.2.3 自适应卡尔曼滤波
• 4.3 陀螺信号的小波去噪
• 4.3.1 小波变换的理论基础
• 4.3.2 二进小波
• 4.3.3 小波去噪在陀螺信号处理中的应用
• 4.4 卡尔曼滤波和小波去噪对动态信号进行处理
• 4.4.1 数据采集电路设计
• 4.4.2 各种滤波方法的试验结果
• 4.5 本章小结
• 5 三轴稳定平台的解耦问题
• 5.1 环架驱动信号的合理分配
• 5.1.1 角速度耦合关系分析
• 5.1.2 环架驱动信号的合理分配分析
• 5.1.3 方位坐标分解器的实现
• 5.2 三轴平台的动力学方程与解耦分析
• 5.2.1 三轴平台的动力学方程
• 5.2.2 三轴平台的解耦分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献