捷联式挠性陀螺寻北仪数字化设计及解耦方法研究

摘要

惯性导航装置因具有机动性、保密性、抗电磁干扰能力强及不受地形限制的特性，在军用导航仪表中占有重要地位。捷联式挠性陀螺寻北仪能为军车提供基准定向和导航数据。 由于寻北仪需要的控制信号较多，且时序关系复杂，故选用由DSP和FPGA组成的嵌入式控制器作为寻北仪的解算和控制单元。DSP选用TI公司F2812芯片，它运算速度快、程序存储器容量大、具有多个专用功能模块，主要负责解算和控制职能。FPGA选用XILINX公司XCS-20XL芯片，FPGA主要负责分频与时序控制。 数字再平衡回路是陀螺仪的控制回路和测量回路。经过预处理的陀螺信号被送往专用的16位A/D转换芯片，DSP将转换后的数据读走并解算出相应的施矩值。捷联状态下，陀螺仪力矩器必须通过大电流，才能实现再平衡功能。设计由MOS管搭建的H桥施矩电路，并在FPGA中编写了施矩控制程序。在此基础上，进行了施矩电路线性度实验和陀螺仪常温漂移实验。 寻北仪采用的四位置寻北算法，具有消除陀螺仪漂移及获取纬度信息的优势。DSP控制程序设计是寻北仪系统中的核心部分，其中寻北仪的控制与伺服功能都在中断服务程序中完成。寻北仪单位置重复性实验和全周寻北实验都取得了较为满意的结果。 挠性陀螺仪因其固有的结构特性，两个轴的输入输出信号会产生交叉耦合。若要进一步提高寻北精度或获取更精确的导航数据，则需对挠性陀螺仪进行解耦。针对转子偏角耦合与输出电流耦合采用对角线矩阵方法分别进行解耦。因受军工项目交付时间限制，解耦研究仅进行了公式推导，将其应用于捷联式寻北仪设计中将是下一步工作的重点。

目录

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第一章 绪论

1.1惯性导航技术与GPS

1.2挠性陀螺仪基本特性

1.3再平衡与解耦技术国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章 捷联式挠性陀螺寻北仪结构与设计

2.1寻北仪功能

2.2寻北仪结构

2.3嵌入式控制器设计

第三章 数字再平衡回路设计与仿真分析

3.1数字再平衡回路通道构成

3.2典型环节分析

3.3 A／D转换电路及时序控制方法设计

3.4数字再平衡回路仿真分析

3.5本章小结

第四章 施矩控制电路设计与实验

4.1施矩电路设计

4.2桥臂电路控制程序设计

4.3 H桥施矩电路线性度实验与分析

4.4陀螺仪常温漂移实验与分析

4.5本章小结

第五章 寻北仪控制程序设计与实验

5.1四位置寻北算法

5.2 DSP控制程序设计

5.3寻北实验与分析

5.4本章小结

第六章 挠性陀螺仪解耦方法研究

6.1解耦研究意义

6.2挠性陀螺仪耦合分析

6.3解耦方法研究

6.4转子偏角解耦

6.5力矩电流解耦

6.6本章小结

第七章 结束语

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

附录

致谢