挠性陀螺仪数字化伺服系统设计研究

摘要

作为惯性导航系统中的关键技术，挠性陀螺仪广泛地用于各种类型的导弹、运输火箭、航空航天器，也可用于舰船、坦克、装甲车、火炮等军事领域，作为制导、导航、稳定及姿态控制系统的测量部件，具有对运载体的角速度或角增量的敏感测量功能。 本文主要对于挠性陀螺仪数字化伺服系统进行设计研究。通过挠性陀螺仪在上反稳瞄系统中的设计实验与实地测试，反映出模拟伺服系统存在控制不够灵活等局限性，说明了数字化伺服系统设计的必要性。 从系统实用性和实验简洁性出发，选用挠性陀螺仪再平衡回路作为数字化伺服系统回路。并结合数字再平衡回路设计理论，分析了挠性陀螺仪数字再平衡回路设计时所必须考虑的采样速率、数据分辨率、锯齿波斜率、量化误差以及受迫振荡等约束条件，同时对如何补偿挠性陀螺仪双轴交叉耦合的措施提出了解决方法。以80C196KC单片机作为控制核心，以现场可编程门阵列(FPGA)为辅助逻辑器件，讨论了挠性陀螺仪数字化伺服系统的实现问题。系统中通过FPGA时序电路统一负责控制陀螺马达三相电源、激磁信号、同步解调信号以及锯齿波频率信号的产生，提高了资源利用率，并通过同步信号对锯齿波“高低端”信号进行“封锁”，有效地抑制了噪声对系统的影响。控制器逻辑电路对系统控制的直接参与，使系统省去模拟电路中所专有的A/D采样电路，消除了量化误差，提高了系统的精度。 本文内容是某军事工程项目工作的一部分，具有较强的理论和实用价值。实验结果证明了此方案的可行性和优越性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2陀螺仪工作原理简介

1.3国内外研究概况

1.4本文主要研究内容

第二章挠性陀螺仪上反稳瞄系统设计与局限性分析

2.1引言

2.2稳像伺服系统工作原理简介

2.3系统保护

2.4机械谐振对系统的影响及其补偿

2.5局限性分析

第三章挠性陀螺仪数字化伺服系统理论和误差分析

3.1再平衡回路基本概念

3.2数字化伺服回路原理及约束条件

3.3伺服回路误差分析

第四章硬件电路设计

4.1信号处理器电路

4.2占空因数发生器电路

4.3力矩电流发生器电路

4.4控制器逻辑与通讯电路

4.5陀螺马达和激磁电源

第五章软件程序设计与试验调试

5.1控制器程序设计

5.2 FPGA程序设计

5.3试验调试

5.4试验结果与分析

第六章结束语

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录 电路原理图

致谢