基于DSP的加速度计温度控制系统设计与研究

论文摘要

惯性导航加速度计是惯性系统中的重要元件之一,其精度将直接影响惯性系统的精度。在理想条件下,加速度计的输出与输入比力成比例,但实际上,不可避免地有各种干扰因素作用,从而引起测量误差。这些误差一方面是加速度计本身结构的不完善引起的;另一方面,也和加速度计所处的工作环境和工作条件有关。对于现有加速度计,研究其环境条件和工作条件的影响规律是提高加速度计测试和使用精度的重要手段。在影响加速度计精度的各种环境因素中,温度影响不容忽略。本文主要设计与研究石英挠性加速度计的温度控制系统,提高加速度计输出精度。本文根据加速度计温度控制系统的要求,首先完成了系统的结构设计,并以DSP为核心控制器,完成了温度信号采集电路、温度控制电路及其状态监控电路、D/A转换电路、串行通信接口及DSP外围电路的设计等。其次,对于具有大时间延迟环节并难以建立精确数学模型的加速度计温度控制系统,本文提出采用模糊自整定PID控制参数的Fuzzy-PID加速度计温度控制方法。该方法可以集模糊控制与PID控制之所长,有较好的抗干扰能力。最后,本文结合系统结构、硬件电路的设计、分析,以CCS（Code Composer Studio）为开发环境,开发了基于C语言的DSP驱动软件;应用Lab Windows/CVI开发了加速度计温度控制系统的测试平台,方便了系统测试和应用。本文通过常温、高低温实验证明,该系统可以达到所要求的快速启动、输出稳定并能较好适应工作环境变化等精度要求,据此可知,设计温度控制系统,对加速度计实行温度控制是一条行之有效提高加速度计使用精度的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 惯性技术的发展概况
• 1.2 惯性导航系统的基本原理
• 1.3 惯性导航系统的重要性及发展趋势
• 1.4 本文工作简述
• 第二章 加速度计的工作原理及特性
• 2.1 加速度计的基本原理
• 2.2 加速度计的分类
• 2.3 石英挠性加速度计
• 2.3.1 石英挠性加速度计的工作原理
• 2.3.2 石英挠性加速度计的优缺点
• 2.3.3 石英挠性加速度计的温度特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 温度控制系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 温度控制系统结构设计
• 3.3 TMS320F240 DSP控制器简介
• 3.3.1 TMS320F240 DSP控制器特点和资源
• 3.3.2 TMS320F240 DSP控制器结构
• 3.4 温度传感器的选用
• 3.4.1 传感器的选用
• 3.4.2 传感器选用的原则
• 3.4.3 温度传感器的选用
• 3.5 加热、制冷元器件选用
• 3.5.1 加热膜的选用
• 3.5.2 制冷片选用
• 3.6 DSP外围硬件电路设计
• 3.6.1 DSP时钟电路设计
• 3.6.2 复位电路设计
• 3.7 温度控制电路的设计
• 3.7.1 电热膜功率驱动电路设计
• 3.7.2 数模转换电路设计
• 3.7.3 半导体制冷片功率驱动电路设计
• 3.7.4 系统工作过程监测电路设计
• 3.8 串行通信接口电路设计
• 3.9 本章小结
• 第四章 温度控制系统控制算法设计
• 4.1 温度控制常用方法简介
• 4.1.1 PID控制方法
• 4.1.2 神经网络控制
• 4.1.3 模糊控制
• 4.1.4 模糊控制与PID相结合（Fuzzy-PID）
• 4.1.5 模糊控制与神经网络相结合
• 4.2 系统控制算法设计
• 4.2.1 系统控制精度要求
• 4.2.2 控制算法方案确定
• 4.2.3 模糊PID控制器结构
• 4.2.4 模糊自整定PID参数控制算法
• 4.2.5 模糊自整定PID参数控制系统软件实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 温度控制系统软件设计与试验
• 5.1 DSP驱动程序设计
• 5.1.1 主程序设计
• 5.1.2 温度采集程序设计
• 5.1.3 温度控制程序设计
• 5.1.4 串行通信程序设计
• 5.2 虚拟仪器测控面板设计
• 5.2.1 虚拟仪器概述
• 5.2.2 Lab Windows/CVI特点简介
• 5.2.3 虚拟仪器测控面板设计
• 5.2.4 多线程技术本测试软件中应用
• 5.2.5 虚拟仪器软件串口通信模块设计
• 5.3 温度控制系统高低温试验
• 5.3.1 常温环境试验
• 5.3.2 低温环境试验
• 5.3.3 高温环境试验
• 5.4 试验结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统的抗干扰设计
• 6.1 干扰的危害
• 6.2 干扰来源和种类
• 6.3 抑制干扰方法
• 6.3.1 抗干扰硬件设计
• 6.3.2 抗干扰软件设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献