陀螺数字再平衡技术研究

论文摘要

动力调谐陀螺仪(简称DTG)是惯性导航系统中应用最广泛的陀螺之一,其具有结构简单、成本低廉加工装配较容易,适合大批量生产等优势。应用于捷联系统中的动力调谐陀螺仪必须工作在闭环状态,所以再平衡回路或称力反馈回路对陀螺起到的作用是至关重要的,再平衡回路不仅是测量回路,也是控制回路,它的精度直接影响陀螺仪的测量精度乃至整个惯性导航系统的可靠性。目前再平衡回路主要分为模拟再平衡回路和数字再平衡回路,鉴于模拟再平衡回路在热稳定性差、量化误差和非线性误差大等缺点,本文采用数字再平衡回路,主要内容包括以下几个方面：1.对动力调谐陀螺仪的结构和工作原理进行了分析,根据实际情况,对陀螺仪内部的力矩器和信号器的结构也作出了详细的介绍,并且针对由于陀螺仪制造工艺所引起的驱动轴、平衡环、转子和力矩器等误差给出了相应的解决方法。2.根据动力调谐陀螺仪的动力学模型,分析了陀螺仪的耦合情况,并且通过对角阵解耦法在脉冲再平衡回路中的应用,给出了控制解耦与输出解耦的设计方法。3.分析了动力调谐陀螺仪模拟再平衡回路和数字再平衡回路的结构特点,通过对两者优缺点的比较,确定了二元调宽电路的解决方案。4.根据信号器输出的信号较弱同时含有大量噪声等现象,按照数字再平衡回路技术的要求,给出了信号预处理模块、相敏解调模块、模数转换模块以及低通滤波模块等相关辅助电路。5.通过采用TMS320F2812型DSP芯片和AD7656型模数转换模块,设计出数字再平衡回路系统的数据采集及处理电路。6.通过对数字再平衡回路的特点进行分析,结合陀螺仪的特性,给出了本课题中实现数字再平衡回路的相关硬件电路的设计方法。7.基于对数字再平衡回路的硬件设计,给出了外设中断功能模块、数据采集模块等相关配套软件程序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及问题的提出
• 1.2 再平衡技术的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 模拟再平衡技术的研究现状
• 1.2.2 数字再平衡技术的研究现状
• 1.3 模拟与数字力反馈技术的优缺点
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 动力调谐陀螺仪原理及结构分析
• 2.1 陀螺仪简介及分类
• 2.1.1 陀螺仪工作原理及其特性
• 2.1.2 陀螺仪的分类
• 2.2 动力调谐陀螺仪的结构分析
• 2.3 动力调谐陀螺仪信号器和力矩器的结构及工作原理
• 2.3.1 动力调谐陀螺仪信号器的结构和工作原理
• 2.3.2 动力调谐陀螺仪力矩器的结构和工作原理
• 2.4 动力调谐的陀螺仪的误差分析
• 2.4.1 由自转轴的角偏移造成的漂移误差
• 2.4.2 驱动轴的漂移误差
• 2.4.3 转子与平衡环引起的漂移误差
• 2.4.4 弹性不等引起的漂移误差
• 2.5 本章小结
• 第3章 动力调谐陀螺仪解耦问题分析
• 3.1 动力调谐陀螺仪耦合分析
• 3.2 再平衡回路的耦合与解耦
• 3.2.1 再平衡回路控制解耦方法
• 3.2.2 再平衡回路输出解耦方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统再平衡回路硬件电路设计
• 4.1 引言
• 4.2 再平衡回路总体设计思想
• 4.3 预处理信号电路设计
• 4.3.1 前置放大电路部分
• 4.3.2 带通滤波电路部分
• 4.3.3 相敏解调电路部分
• 4.3.4 低通滤波电路部分
• 4.4 模数转换电路部分
• 4.5 再平衡回路中数据处理电路的设计与实现
• 4.5.1 电源电路部分
• 4.5.2 时钟电路部分
• 4.5.3 JTAG调试电路部分
• 4.5.4 存储器扩展电路部分
• 4.5.5 串口通讯电路部分
• 4.6 二元调宽调宽电路设计
• 4.6.1 二元调宽电路原理
• 4.6.2 电流源发生电路工作原理
• 4.6.3 恒流源电路部分简介
• 4.6.4 极性开关电路部分
• 4.7 系统控制器的设计
• 4.8 本章小结
• 第5章 再平衡回路软件设计
• 5.1 系统整体软件设计思路
• 5.2 CCS软件概述
• 5.3 系统各部分软件编程简介
• 5.3.1 系统初始化流程
• 5.3.2 系统定时器部分
• 5.3.3 外设中断扩展部分
• 5.3.4 数据采集部分
• 5.3.5 串行通信接口部分
• 5.3.6 二元调宽电路部分
• 5.4 实验验证
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢