激光陀螺机械抖动控制技术研究

发布时间：2017-04-05 01:06

  本文关键词：激光陀螺机械抖动控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光陀螺拥有很多独特的性能优点,在惯性导航系统中应用广泛。为了提高激光陀螺的测试精度,需要避开其固有的锁区,即产生偏频以减小频率闭锁误差。目前,采用机械抖动偏频技术的控制方案是最成功的。对于机抖激光陀螺,抖动控制系统的性能是保证激光陀螺在不同环境下稳定工作、提高其测试精度的关键因素。为了提高抖动控制系统性能,本文对模拟和数字两种抖动控制器进行了深入研究。本文主要内容如下:(1)机械抖动偏频技术研究。从机械抖动偏频的原理出发,对抖动机构的模型进行了分析,提出了抖动机构和抖动控制器的性能要求。(2)模拟机械抖动控制技术研究。在模拟机械抖动控制方案中,抖动控制系统为正弦波驱动方式。本文首先分别对抖动幅度控制回路进行了分析,接着对谐振频率跟踪环路进行分析同时利用控制理论对模拟机械抖动器的自激振荡形成机理进行了综合分析,然后对模拟抖动控制器中的抖动噪声注入方法进行了研究。在上述理论分析的基础上,对模拟机械抖动方案驱动电路的各环节进行了详细计算。最后选取不同的陀螺对模拟抖动控制电路进行了实验,实验结果证明这种抖动控制电路具有通用性,并且在不同温度环境下实验,具有良好的性能。(3)数字机械抖动控制技术研究。数字机械抖动控制器为方波驱动方式且其电路规模相对于模拟方案减小很多。文中首先对数字机械抖动控制器的原理进行了分析,然后分析证明了采用方波来驱动可视作二阶带通滤波器的抖动机构的方案是可行的,且方波驱动的本质和正弦波驱动是相同的。随后对数字抖动随机噪声注入进行了研究,对数字抖动控制器的驱动电路进行了分析。最后,本文对数字抖动控制方案的实用性进行了实验,实验结果表明目前的数字抖动控制器已经能达到机械抖动激光陀螺实用所需的性能。文章对两种方案进行了对比,总结了抖动控制器研究中得出的结论。在模拟抖动控制方案中,提出小电阻负载方式的电压放大反馈电路形式,保证谐振频率跟踪。在数字抖动控制方案中,提出了选择方波触发时刻以最大限度提高抖动效率的方法。实验结果表明,针对模拟抖动控制方案和数字抖动控制方案的改进设计具有较大的实用价值。
【关键词】：激光陀螺 机械抖动偏频 模拟机械抖动控制 数字机械抖动控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96;TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 激光陀螺的发展10-16
• 1.2.1 激光陀螺的性能特征10-11
• 1.2.2 国外激光陀螺的发展11-15
• 1.2.3 国内激光陀螺的发展15-16
• 1.3 国内外机械抖动控制技术的发展16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 机械抖动偏频技术19-35
• 2.1 机械抖动激光陀螺原理19-23
• 2.1.1 激光陀螺本体结构19
• 2.1.2 激光陀螺原理19-22
• 2.1.3 激光陀螺闭锁效应22-23
• 2.1.4 激光陀螺偏频方式23
• 2.2 激光陀螺的机械抖动偏频技术23-27
• 2.2.1 机械抖动偏频技术概述23-24
• 2.2.2 激光陀螺的动态锁区24-26
• 2.2.3 激光陀螺的随机噪声注入26-27
• 2.3 机械抖动机构27-31
• 2.3.1 抖动机构的组成27-28
• 2.3.2 抖动机构的力学模型28-31
• 2.3.3 抖动机构的性能要求31
• 2.4 机械抖动控制器31-34
• 2.4.1 抖动控制器种类31-32
• 2.4.2 抖动控制器的性能要求32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 模拟机械抖动控制方案35-79
• 3.1 抖动幅度控制器35-47
• 3.1.1 抖动幅度控制器原理35-36
• 3.1.2 抖动幅度通道Simulink仿真36-40
• 3.1.3 抖动幅度通道测试及传递函数辨识40-42
• 3.1.4 抖动幅度控制器设计42-46
• 3.1.5 小结46-47
• 3.2 频率跟踪回路47-49
• 3.2.1 频率跟踪回路47
• 3.2.2 模拟机械抖动控制器的自激振荡分析47-49
• 3.3 随机噪声注入49-50
• 3.3.1 调幅随机噪声注入49-50
• 3.3.2 噪声注入的调制深度50
• 3.4 模拟抖动控制器的驱动电路50-59
• 3.4.1 功率放大环节50-51
• 3.4.2 反馈传感器转换电路和调相电路51-55
• 3.4.3 幅度解调电路55-57
• 3.4.4 减法器、积分器和串联校正57-58
• 3.4.5 幅度随机噪声58-59
• 3.5 自激振荡型抖动控制器的抖动实验59-74
• 3.5.1 实验对象59
• 3.5.2 实验方案59-60
• 3.5.3 抖动响应测试60-61
• 3.5.4 变温条件下抖动幅度和抖动频率测试61-68
• 3.5.5 随机噪声注入实验68-74
• 3.6 模拟机械抖动控制器的改进74-77
• 3.6.1 频率跟踪回路的改进74-76
• 3.6.2 实验结果76-77
• 3.7 本章小结77-79
• 第4章 数字机械抖动控制方案79-97
• 4.1 数字机械抖动控制器原理79-80
• 4.1.1 驱动方波79
• 4.1.2 数字抖动控制器79-80
• 4.2 驱动方波的谐波计算80-82
• 4.3 数字机械抖动随机噪声注入82-83
• 4.3.1 数字方波随机噪声注入的特殊性82
• 4.3.2 随机噪声注入方法82-83
• 4.4 数字抖动控制器的驱动电路83-85
• 4.4.1 数字功率驱动电路83
• 4.4.2 反馈传感器转换电路83-84
• 4.4.3 中断触发84
• 4.4.4 幅度解调电路84
• 4.4.5 单片机电路84-85
• 4.5 数字机械抖动控制器性能测试85-91
• 4.5.1 实验对象和实验方案85
• 4.5.2 抖动响应测试85-86
• 4.5.3 抖动频率和抖动幅度测试86-89
• 4.5.4 随机噪声注入测试89-91
• 4.6 数字方波驱动的抖动效率分析及测试91-95
• 4.6.1 数字方波驱动的效率分析91-93
• 4.6.2 数字抖动控制器的效率改进实验测试93-95
• 4.7 模拟抖动控制方案与数字抖动控制方案对比95-96
• 4.8 本章小结96-97
• 结论97-99
• 参考文献99-103
• 致谢103-104
• 个人简历104

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