光纤陀螺数字闭环控制性能测试研究

摘要

光纤陀螺是用于敏感载体角位移和角速率的全固态传感器，光纤陀螺的控制性能决定了系统对输入信号的响应速度和跟踪能力，对惯性导航系统整体的工作性能起着关键性作用；与其他形式陀螺仪相比，光纤陀螺具有更高的理论带宽和更快的响应速度，因此对控制性能测试的方法也与其他形式陀螺仪有所不同，通过分析和对比目前使用的几种测试方法发现，根据等效输入原理和数字频率合成技术的光纤陀螺控制性能测试方法最适合目前高性能的光纤陀螺，因此本文根据此方法设计一套适用于本实验室现有型号光纤陀螺设备的控制性能测试系统，并对现有型号光纤陀螺进行测试得出光纤陀螺的真实控制性能。
　　本文首先阐述了国内外光纤陀螺的研制情况和控制性能测试技术的发展过程，介绍了光学陀螺的基本工作原理，通过动态建模的方法建立系统传递函数模型，并通过闭环传递函数分析系统对不同输入信号的控制能力，为系统控制性能的仿真分析和等效输入法的建立过程打下基础。然后分析目前使用的几类不同控制性能测试方法各自的优势和适用条件，得出根据等效输入原理的数字化测试方法更适用于目前高性能的光纤陀螺设备，因此设计了一套在光纤陀螺FPGA控制系统内部以等效输入法为原理，用直接数字频率合成技术生成测试激励的控制性能测试系统，此测试系统不仅能满足对测试激励的要求，又能实现自主测试的目的，即可以使用在光纤陀螺设计初期验证设计方案，又可以用在装配完的陀螺设备测出其真实控制性能。再次，为了能准确的接收测试结果，根据光纤陀螺仪和测试系统的输出特点，设计了包括光纤陀螺向下抽样滤波输出模块、串口数据传输部分、计算机测试结果接收软件的光纤陀螺测试数据采集系统，将原光纤陀螺输出部分每秒传输98组数据的通信频率提高到每秒传输1560组数据，以满足测试结果分析时需要的数据输出频率要求。最后使用本文设计的测试系统对实验室现有光纤陀螺进行实际控制性能测试，得出现有光纤陀螺的控制环节使用I型PI结构，频带宽度为230Hz的结论。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 陀螺控制性能测试技术的发展现状

1.3 文章主要内容及其结构

第2章 光纤陀螺工作原理及系统模型建立

2.1 光纤陀螺仪的工作原理

2.2 系统传递函数建立及控制性能分析

2.3 本章小结

第3章 控制性能测试系统分析与设计

3.1 光纤陀螺控制性能测试方法分析

3.2 基于等效输入的测试系统分析

3.3 等效测试信号发生器的设计

3.4 本章小结

第4章 光纤陀螺测试数据通信系统设计

4.1 测试数据通信方案分析

4.2 光纤陀螺测试数据通信系统设计

4.3 本章小结

第5章 光纤陀螺控制性能测试

5.1 基于仿真分析的系统控制性能

5.2 使用控制性能测试系统的实际测试

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢