动力调谐陀螺仪模型参数辨识方法的研究

发布时间：2017-10-07 01:00

  本文关键词：动力调谐陀螺仪模型参数辨识方法的研究

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【摘要】：动力调谐陀螺仪是目前应用最广泛的中高精度陀螺仪之一,其系统模型分析是其深化研究和应用的基础。本文按照系统辨识的一般框架,在对动力调谐陀螺仪开环或闭环模型以及固有有色噪声分析的基础上,研究适用于动力调谐陀螺仪模型参数辨识的频率响应辨识法、最小二乘辨识法和子空间辨识法,得到相应的传递函数模型、时域离散模型和状态空间模型。文章主要内容如下:1.研究了动力调谐陀螺仪的开闭环模型及固有有色噪声,根据动力调谐陀螺仪的欧拉动力学方程,构建陀螺仪开环模型。对动力调谐陀螺仪闭环系统中的各个电路环节进行频域简化,将高阶复杂系统简化为低阶系统,明确闭环辨识中的辨识目标。根据陀螺仪的机电结构特点,分析动力调谐陀螺仪内部存在的固有强有色噪声,并分析其频域特性。2.研究了动力调谐陀螺仪频率响应辨识法。采用相关分析法和Levy辨识法对动力调谐陀螺仪进行开环辨识,并提出一种基于置信度的窄带或单频噪声频域剔除方法,使得传统的Levy法具有噪声抑制能力。按照两阶段闭环辨识法的思想,提出两阶段Levy闭环辨识法,并对动力调谐陀螺仪进行闭环辨识实验。3.研究了动力调谐陀螺仪最小二乘辨识法。分析了有色噪声干扰下最小二乘法的有偏性问题,并在数据预处理的前提下,提出了动力调谐陀螺仪开环辅助变量辨识法。在最优辅助变量法的框架基础上,结合BJ模型,提出近优递阶闭环辅助变量法。4.研究了动力调谐陀螺仪子空间辨识法。根据子空间辨识框架,构建数据Hankel矩阵,并提出正交子空间辨识法,消除固有有色噪声对动力调谐陀螺仪开环子空间辨识的影响。然后,提出了动力调谐陀螺仪正交分解闭环子空间辨识策略,并对其进行了正交分解闭环递推子空间辨识算法的研究,采用矩阵滑窗原理和元素对应法,可在维数不变的情况下,实现向量空间投影和广义能观测矩阵的递推运算,通过引入传播算子和状态空间矩阵的相似变换,避免了向量空间的SVD分解。5.将动力调谐陀螺仪模型参数辨识结果应用于陀螺电机转速失调故障诊断和数字回路硬件生成等实际问题,并进行相关实验。
【关键词】：动力调谐陀螺仪 系统辨识 频率响应 最小二乘法 子空间辨识
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96;TH824.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题背景和意义10-11
• 1.2 动力调谐陀螺仪国内外发展现状11-13
• 1.3 系统辨识方法综述13-18
• 1.3.1 最小二乘类辨识法13-14
• 1.3.2 子空间辨识法14-16
• 1.3.3 闭环辨识方法16-18
• 1.4 论文主要内容18-23
• 第二章 动力调谐陀螺仪模型参数辨识先验知识23-33
• 2.1 动力调谐陀螺仪开环模型23-25
• 2.1.1 动力调谐陀螺仪动力学方程23-24
• 2.1.2 动力调谐陀螺仪表头传函24-25
• 2.2 动力调谐陀螺仪闭环模型25-28
• 2.2.1 动力调谐陀螺仪闭环控制解耦26
• 2.2.2 动力调谐陀螺仪闭环简化模型26-28
• 2.3 动力调谐陀螺仪固有有色噪声分析28-31
• 2.3.1 转频干扰噪声28-29
• 2.3.2 二倍频干扰噪声29-31
• 2.4 激励信号设计31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章动力调谐陀螺仪模型参数频率响应法辨识33-47
• 3.1 频率响应相关分析法33-35
• 3.1.1 系统频率响应表示方法33
• 3.1.2 相关分析法模型参数辨识33-35
• 3.2 Levy频率响应辨识法35-41
• 3.2.1 Levy辨识法参数求解算法35-37
• 3.2.2 噪声对Levy辨识法的影响37-39
• 3.2.3 修正Levy辨识法39
• 3.2.4 两阶段Levy闭环辨识法39-41
• 3.3 动力调谐陀螺仪频率响应法辨识实验41-46
• 3.3.1 扫频法开环辨识实验41-42
• 3.3.2 Levy法开环辨识实验42-44
• 3.3.3 两阶段Levy法闭环辨识实验44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 动力调谐陀螺仪模型参数最小二乘辨识47-67
• 4.1 离散随机模型描述47-49
• 4.1.1 确定性时间序列模型47-48
• 4.1.2 随机性时间序列模型48-49
• 4.2 基本最小二乘辨识算法49-53
• 4.2.1 最小二乘格式49-50
• 4.2.2 最小二乘参数求解算法50
• 4.2.3 递推最小二乘算法50-51
• 4.2.4 最小二乘统计特性分析51-53
• 4.3 开环辅助变量法53-54
• 4.4 闭环辅助变量法54-59
• 4.4.1 最优辅助变量法56-57
• 4.4.2 近优闭环递阶辅助变量法57-59
• 4.5 数值仿真分析59-62
• 4.5.1 无偏性分析59-60
• 4.5.2 方差特性分析60-62
• 4.6 动力调谐陀螺仪辅助变量法辨识实验62-65
• 4.6.1 开环辨识实验62-64
• 4.6.2 闭环辨识实验64-65
• 4.7 本章小结65-67
• 第五章 动力调谐陀螺仪模型参数子空间辨识67-88
• 5.1 开环子空间辨识67-73
• 5.1.1 确定随机系统状态空间模型67-68
• 5.1.2 子空间辨识相关矩阵68-69
• 5.1.3 向量投影过程69-71
• 5.1.4 参数估计算法71-73
• 5.2 正交分解闭环子空间辨识法73-80
• 5.2.1 闭环状态空间模型描述73-75
• 5.2.2 正交投影QR分解过程75-76
• 5.2.3 扩展状态空间模型化简76
• 5.2.4 递推更新算法76-80
• 5.3 数值仿真分析80-82
• 5.3.1 对比试验80-81
• 5.3.2 方差特性分析81-82
• 5.4 动力调谐陀螺仪子空间辨识实验82-86
• 5.4.1 开环辨识实验82-85
• 5.4.2 闭环辨识实验85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 第六章 动力调谐陀螺仪模型参数辨识结果的应用88-94
• 6.1 模型参数辨识与陀螺电机转速失调故障诊断88-91
• 6.1.1 转速失调动调陀螺模型88-89
• 6.1.2 转速失调故障陀螺辨识实验89-91
• 6.2 模型参数辨识与数字再平衡回路硬件生成91-93
• 6.3 本章小结93-94
• 第七章 总结与展望94-97
• 7.1 全文工作总结94-95
• 7.2 展望95-97
• 参考文献97-107
• 发表论文和参加科研情况说明107-108
• 致谢108-109

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本文编号：985986