铁饼姿态角及转速传感器的研究

发布时间：2017-07-07 22:10

  本文关键词：铁饼姿态角及转速传感器的研究

  更多相关文章： 无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS) 姿态角 转速 姿态角解算误差 DSP FPGA MATLAB/Simulink

【摘要】：通过铁饼理论和风洞试验,可以得到铁饼的转速和姿态角与投掷距离的关系。但是,铁饼姿态角及转速的测量仍是一项技术难题。由于测量铁饼转速及其姿态角的仪器不仅要满足量程、精度等要求,还要具备较高的冲击性;传统的测量装置(陀螺仪)无法满足要求。因此,本文拟研究一种新的姿态角及转速传感器,用来测量铁饼飞行过程中的转速及姿态角。文章首先对无陀螺捷联惯导系统的测量原理进行了分析；然后,结合铁饼飞行过程中的具体测量要求,提出了加速度计和磁阻传感器在铁饼内部的安装方案,并对该方案下铁饼的转速及姿态角的测量原理进行了分析；最后,运用MATLAB/Simulink模块对该方案进行了仿真分析,得到了该方案下的姿态角及转速误差。其次提出了姿态角及转速传感器的总体硬件配置方案。硬件设计主要包括电源模块、微惯性测量单元、信号调理电路、A/D转换模块、FPGA及外围电路、DSP及外围电路和存储器系统几个部分。对硬件电路的关键模块,运用Multisim软件进行了仿真分析,仿真结果表明该硬件电路符合要求。另外,搭建了硬件系统测试平台,通过采集的数据与理论数据进行对比,从而验证了硬件系统的可行性。最后在设计完成的硬件平台上,采用FPGA作为协处理器完成微惯性测量单元中多路传感器信号的同步采集及缓存,并进行了仿真验证。为了使DSP能与其外设进行协调工作,进行了DSP初始化设计。运用MATLAB与DSP联合设计了一种低通滤波器,经验证,该滤波器达到了预期的滤波效果。设计了转速及姿态角解算的DSP软件程序。本文设计的姿态角及转速传感器,不仅达到了铁饼飞行过程中姿态角及转速的量程及精度要求,而且安装方便、成本低廉。
【关键词】：无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS) 姿态角 转速 姿态角解算误差 DSP FPGA MATLAB/Simulink
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 研究现状及发展趋势10-12
• 1.2.1 国内外研究现状10-11
• 1.2.2 发展趋势11-12
• 1.3 课题研究内容12-13
• 第二章 铁饼转速及姿态角的测量原理分析13-28
• 2.1 坐标系的定义及坐标变换13-15
• 2.1.1 坐标系的定义13-14
• 2.1.2 坐标系之间的变换14-15
• 2.2 载体非质心处的比力方程15-17
• 2.3 铁饼转速及姿态角的测量原理17-22
• 2.3.1 铁饼转速测量原理17-18
• 2.3.2 铁饼姿态角测量原理18-22
• 2.4 铁饼转速及姿态角仿真22-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 铁饼姿态角及转速传感器的硬件系统设计28-50
• 3.1 系统硬件总体配置方案28
• 3.2 加速度计外围电路设计28-29
• 3.3 磁传感器29-33
• 3.3.1 磁阻传感器的选择29-30
• 3.3.2 磁传感器的工作原理30-32
• 3.3.3 HMC1043置位/复位电路设计32-33
• 3.4 信号调理电路设计33-36
• 3.5 ADC模块电路设计36-38
• 3.6 DSP及外围电路设计38-42
• 3.6.1 DSP的选型38
• 3.6.2 DSP电源电路设计38-39
• 3.6.3 DSP时钟及复位电路39-41
• 3.6.4 DSP存储扩展电路41-42
• 3.7 FPAG及外围电路设计42-46
• 3.7.1 FPGA选型43-44
• 3.7.2 FPGA时钟和复位电路设计44
• 3.7.3 FPGA与DSP的接口电路设计44-45
• 3.7.4 FPGA配置和编程电路设计45-46
• 3.8 验证平台的搭建及测试46-49
• 3.9 本章小结49-50
• 第四章 FPGA功能模块设计50-56
• 4.1 FPGA的开发工具及设计流程50-51
• 4.2 FPGA数据采集功能方案设计51-52
• 4.3 ADC控制器设计52-54
• 4.4 异步FIFO设计54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 DSP软件设计56-65
• 5.1 DSP软件开发环境及开发流程56-57
• 5.2 DSP系统初始化57-59
• 5.2.1 DSP锁相环初始化57-58
• 5.2.2 DSP的EMIF接口初始化配置58-59
• 5.3 数字滤波器的设计59-64
• 5.3.1 数字滤波器的原理分析59-61
• 5.3.2 FIR滤波器设计及结果分析61-64
• 5.4 转速及姿态角结算程序设计64
• 5.5 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 在学期间的研究成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 杜玉晓;张浩腾;陈汶育;黄学彬;蔡振典;卓杰;;基于FPGA的高速多通道实时同步采集传输系统的设计与实现[J];广东工业大学学报;2013年03期

2 罗宇锋;刘勇;;基于捷联惯性导航载体轨迹发生器的设计与仿真[J];科学技术与工程;2013年21期

3 唐玉发;张合;刘建敬;;基于磁阻传感器与加速度计复合的姿态角检测技术[J];传感器与微系统;2013年01期

4 王伟国;张振东;;基于FPGA的异步FIFO设计与实现[J];聊城大学学报(自然科学版);2012年03期

5 曾凡锋;张洋;;铁饼数据分析系统中姿态计算方法的研究[J];网络安全技术与应用;2012年04期

6 游金川;秦永元;杨鹏翔;严恭敏;;捷联惯导加速度计尺寸效应误差建模及其标定[J];宇航学报;2012年03期

7 渠晋;宋艳君;臧洁;程洪炳;;加速度计/磁强计无陀螺捷联惯导姿态解算研究[J];电光与控制;2012年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 朱尊保;三轴加速度计标定台的结构设计与研究[D];太原理工大学;2015年

2 徐龙飞;基于FPGA的数据采集系统[D];中北大学;2014年

3 朱建东;基于FPGA的捷联惯性导航系统设计[D];长春理工大学;2014年

4 陈丽芬;磁阻式电子罗盘的应用开发及性能评价[D];太原理工大学;2012年

5 王秀芝;无陀螺捷联惯导算法在DSP上的实现研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

6 梅记敏;无陀螺捷联惯性导航系统算法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

7 杨敏;小型捷联惯性导航系统研究[D];中南大学;2010年

8 胡旭东;嵌入式无陀螺捷联导航计算机的硬件设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年

9 刘国志;基于DSP/FPGA的捷联惯性导航系统设计[D];大连理工大学;2009年

10 张慧;无陀螺捷联惯导系统的姿态算法研究与实现[D];中北大学;2009年

，

本文编号：531994