动力调谐陀螺仪数字伺服控制器的研制

摘要

动力调谐陀螺仪是用于制导、导航与定位的惯性导航级精密陀螺仪，广泛应用在导弹、飞机、舰艇、坦克、火炮等作战平台上。近年来随着各种装备的发展，对其精度、体积、可靠性与环境适应性的要求越来越高，动力调谐陀螺仪的全数字化将成为技术发展的必然趋势。
　　本文首先介绍了动力调谐陀螺仪的国内外发展概况和研究现状，在此基础上针对我厂生产的动力调谐陀螺仪模拟式伺服控制器中存在的问题，提出了对现有产品中的伺服控制器进行数字化研制，以提高动力调谐陀螺仪的精度、稳定性和可靠性。
　　本文以陀螺动力学原理和运动学分析原理为理论工具，以实现控制系统数字化设计为目的，通过动力调谐陀螺的各坐标系的建立，确定了陀螺仪输入角、输出角和漂移角在各坐标系下的矢量转换关系；对转子坐标系和壳体坐标系间的运动学关系开展了详细分析，推导了动力调谐陀螺开环传递函数模型和力伺服控制回路的校正控制模型。
　　采用SVPWM变频驱动技术、串联稳压技术和数字信号处理技术，设计并实现了数字化动力调谐陀螺仪三相陀螺马达电源系统和力矩传感器激磁电源系统。上述两个电源系统均以TMS320LF2407数字信号处理芯片为核心，分别使三相交流马达电源和单相激磁电源达到了稳压、稳幅、频率可调的高精度指标。
　　设计并实现了以TMS320F2812数字信号处理芯片为核心的数字式力伺服控制器，在重新改进原产品的陀螺信号调理、滤波、A/D和D/A转换、功率放大等电路的同时，采用了新的温度补偿方法，达到了技术指标要求。
　　利用专用检测仪器和设备，对动力调谐陀螺仪进行了静态和动态特性参数的测试。通过对检测得到的标度因数、线性度、一次稳定漂移率、阻尼比等数据分析，证明所研制的动力调谐陀螺仪伺服控制器达到了设计指标。

目录

动力调谐陀螺仪数字伺服控制器的研制

SERVO CONTROLLER DESIGN OF DYNAMICALLY TUNEDGYROSCOPE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 动力调谐陀螺仪国内外研究现状

1.2.1 国内动力调谐陀螺仪技术的研究现状

1.2.2 国外动力调谐陀螺仪技术的研究概况

1.3 本课题主要研究内容

第2章 动力调谐陀螺仪的工作原理与动力学模型

2.1 动力调谐陀螺仪的结构特点

2.2 动力调谐陀螺仪的动力学模型

2.2.1 坐标系及角速度表达式

2.2.2 动力调谐陀螺仪的输入角、输出角和漂移角

2.2.3 转子动坐标系上的动力学方程

2.2.4 仪表壳体坐标系中的动力学方程

2.2.5 动力调谐陀螺仪的开环传递函数

2.3 本章小结

第3章 数字伺服控制系统总体方案

3.1 数字伺服控制系统的总体结构

3.2 数字式力伺服控制回路硬件设计

3.2.1 数字式力伺服控制回路的技术要求

3.2.2 力伺服控制回路数字化方案设计

3.2.3 力伺服控制回路数字化电路设计

3.3 陀螺仪马达与传感器激磁电源电路设计

3.3.1 陀螺马达电源设计

3.3.2 传感器激磁电源的设计

3.4 软件设计

3.5 本章小结

第4章 数字化动力调谐陀螺仪的测试与数据分析

4.1 测试数据分析方法

4.1.1 陀螺测试数据处理的数学基础

4.2 数字化动力调谐陀螺仪的测试

4.2.1 控制系统标度因数、线性度测试

4.2.2 陀螺综合误差与随机漂移测试

4.2.3 陀螺仪的阻尼比和固有频率测试

4.2.4 数字伺服控制器动态特性测试

4.3 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

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致 谢

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