液浮陀螺是一種利用旋轉(zhuǎn)的剛體具有定軸性而研發(fā)的角速度敏感器,從上世紀(jì)中葉開始研究以來提高敏感精度、可靠性和壽命成為了研發(fā)的主軸。液浮陀螺基于其較高測量精度、高靈敏度、體積小、較高的技術(shù)成熟度和可靠性等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在國防及民用領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。本文研究了液浮力反饋速率陀螺的工作原理及分類、數(shù)字化控制設(shè)計(jì)、陀螺信號(hào)處理、陀螺的測試和數(shù)據(jù)處理。重點(diǎn)討論了液浮力反饋速率陀螺的信號(hào)解調(diào)與測試方法,給出了傳感器、力矩器、浮子等機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)和控制回路的硬件實(shí)現(xiàn),為開展該型陀螺控制回路的詳細(xì)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。本文主要的研究內(nèi)容為:1.伺服電路與電源變換器和陀螺表頭組成陀螺組合完成系統(tǒng)測試。2.完成陀螺數(shù)字再平衡回路設(shè)計(jì)。3.FPGA各模塊程序編寫,調(diào)試和仿真。4.完成FPGA功能模塊設(shè)計(jì)。5.對(duì)陀螺的電源變換器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),改善陀螺啟動(dòng)特性。在FPGA硬件語言編寫中要求做到:1.硬件語言設(shè)計(jì)模塊化。2.各個(gè)任務(wù)模塊語句編寫簡潔。3.程序語句編寫滿足GJB-5000A中對(duì)軍用軟件編寫的要求。此外,還設(shè)計(jì)了傳感器輸出信號(hào)的處理電路,通過信號(hào)解調(diào)電路使其輸出電壓信號(hào)與陀螺敏感的角速度對(duì)應(yīng)。陀螺力矩器由一組線圈組成,由于線圈由電流驅(qū)動(dòng),故選擇功率放大器驅(qū)動(dòng)。考慮到印制板的表面積較小放棄由晶體管和運(yùn)算放大器搭建電流驅(qū)動(dòng)級(jí)和信號(hào)放大部分,改用集成功率放大器。推導(dǎo)了陀螺輸出信號(hào)的線性度的表達(dá)式。通過計(jì)算采樣電阻的阻值可得到陀螺輸出信號(hào)并計(jì)算陀螺標(biāo)度因素,并可測得陀螺對(duì)角速度的敏感程度。設(shè)計(jì)了液浮力反饋速率陀螺的再平衡回路,通過采用PID和基于數(shù)字濾波器的慣性校正控制力矩器輸入信號(hào),針對(duì)液浮力反饋速率陀螺儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文最后介紹了液浮力反饋速率陀螺儀的主要技術(shù)指標(biāo)。測試方法和測試結(jié)果。通過仿真和測試驗(yàn)證了該型陀螺儀實(shí)現(xiàn)了前述所要求的各個(gè)性能指標(biāo),可以滿足應(yīng)用需求。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH824.3;TN791
【部分圖文】：

圖 2-2 閉環(huán)速率陀螺儀方框圖Fig. 2-2 block diagram of closed loop rate gyroscope干擾輸入為零，且工作轉(zhuǎn)角 很小，速率陀螺儀的運(yùn)動(dòng)方程如Mωy= MI+ Cβ + JXβ —— 浮筒沿陀螺輸出軸相對(duì)平衡位置的轉(zhuǎn)角；—— 浮子相對(duì)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；C—— 粘性阻尼系數(shù)。，力矩器產(chǎn)生的力矩M 為：IMI= IKI螺由于進(jìn)動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)生的力矩M 為：ωyM= Hω

成的光滑球體，沒有繞組或齒，定子上有分布繞磁場的轉(zhuǎn)速為：nc=60fP磁場轉(zhuǎn)速，r/min；率，Hz；數(shù)。電機(jī)的兩相正弦波信號(hào)由電源變換器提供，同電源。的描述

圖 2-4 沿內(nèi)框架軸向作用力矩時(shí)轉(zhuǎn)子軸的進(jìn)動(dòng)cession of the rotor shaft along the axial moment of the i由于轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)框架軸存在轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，所以儀轉(zhuǎn)子軸就繞內(nèi)框架以 的角速度沿 y 軸正向 與傳遞函數(shù)框圖，如圖 2-5 所示：Jscsky 21 (s)GH圖 2-5 單自由度陀螺儀傳遞函數(shù)方框圖iagram of transfer function of single degree of freedom g

【參考文獻(xiàn)】

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2 莫晨晨;;談FPGA信號(hào)處理算法的研究[J];科技風(fēng);2013年17期

3 曾德貴;;基于Xilinx PLD的FFT實(shí)現(xiàn)研究[J];瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2013年03期

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5 張U

本文編號(hào)：2828691