專利名稱：陀螺儀硬件生成方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陀螺儀，尤其是涉及陀螺儀硬件生成方法與裝置。
背景技術(shù)：
陀螺儀是一種測量運(yùn)載體角速度的傳感器。作為一種重要的慣性導(dǎo)航元件，被廣泛應(yīng)用于航海、航空、航天等領(lǐng)域。隨著無人機(jī)、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的發(fā)展，對陀螺儀的動靜態(tài)性能和輸出精度提出了更高的要求。為使得陀螺儀能夠在較小的線性工作范圍內(nèi)獲得較大的測量范圍，陀螺儀必須工作在鎖定方式或者力反饋方式，即需要一個控制回路來調(diào)整陀螺儀的工作狀態(tài)。這個控制回路的控制準(zhǔn)確度和有效性直接關(guān)系到陀螺儀的動靜態(tài)特性和輸出精度，在陀螺儀系統(tǒng)設(shè)計中占據(jù)重要位置。目前，陀螺儀控制回路按照所用元器件的特性主要有兩種，模擬再平衡回路和數(shù)字再平衡回路。其中，模擬再平衡回路按照給力矩器的加矩方式的不同又分為模擬加矩技術(shù)和脈沖再平衡技術(shù)。模擬加矩方式是最原始的一種加矩方式，因其結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟， 被廣泛的應(yīng)用。但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對陀螺儀控制回路的可靠性、壽命、體積功耗等提出了更高的要求。為克服模擬加矩方式的缺點(diǎn)，人們在其基礎(chǔ)上提出了脈沖加矩方式。脈沖加矩方式能夠保證對力矩器施加幅值恒定的電流，在一定程度上滿足了工程需求。到上世紀(jì)八十年代，數(shù)字技術(shù)的興起為陀螺儀控制回路的發(fā)展起到了巨大的推動作用。G. K. Steeland和S. N. Puri最早提出了一種全數(shù)字式的再平衡回路設(shè)計方法，在這種數(shù)字再平衡回路中，控制、校正網(wǎng)絡(luò)都采用數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，經(jīng)采樣得到的陀螺儀偏角信號經(jīng)過數(shù)字控制器運(yùn)算處理，產(chǎn)生力矩器電流控制信號。隨著微處理器集成度和運(yùn)算性能的提高， 數(shù)字再平衡回路高精度、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢越來越明顯。上述三種陀螺儀控制回路是目前陀螺儀控制回路設(shè)計中最常見的三種方式。其采用的技術(shù)方法不同，但設(shè)計過程相似，都是先基于陀螺儀的理論數(shù)學(xué)模型，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計回路參數(shù)，最后通過試湊和調(diào)試的方式完成回路設(shè)計。但是，這種設(shè)計方法嚴(yán)重制約了陀螺儀控制回路技術(shù)的發(fā)展，其主要體現(xiàn)在首先，同一批次不同陀螺儀之間也存在差異，其內(nèi)部參數(shù)有時會差別很大。其次，陀螺儀的內(nèi)部參數(shù)對于控制回路設(shè)計者來說往往是未知的，也就是陀螺儀的理論數(shù)學(xué)模型是不確定的。第三，受加工條件的限制，陀螺儀內(nèi)部軸承等器件的磨損以及剩余阻尼的影響，實(shí)際的陀螺儀數(shù)學(xué)模型與理論模型之間總會有一定的差異，特別是當(dāng)陀螺儀使用一段時間后，這種差異愈加明顯。這三點(diǎn)是造成目前陀螺儀再平衡回路設(shè)計技術(shù)瓶頸主要原因，而其直接后果就是陀螺儀的數(shù)學(xué)模型不明，導(dǎo)致控制回路的設(shè)計存在很大的盲目性，回路調(diào)試過程繁瑣，效率低下，并且難以保證回路的性能，甚至還會影響到陀螺儀的輸出精度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型陀螺控制回路硬件生成方法和裝置。該發(fā)明不僅能實(shí)現(xiàn)陀螺儀控制回路硬件生成，而且集成了陀螺儀控制回路分析測試的功能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，陀螺儀硬件生成裝置，包括測試組件，處理單元和供電設(shè)備；測試組件包括高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺和安裝在高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺上的陀螺儀；處理單元包括數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、數(shù)據(jù)處理工控機(jī)、數(shù)字再平衡回路和控制電路；供電設(shè)備包括激磁電源、電路板電源以及陀螺儀電源；數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備通過控制電路獲得陀螺儀的輸入、輸出信息，供數(shù)據(jù)處理工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理工控機(jī)負(fù)責(zé)通過控制電路經(jīng)供電系統(tǒng)控制電源的通斷；控制高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺的運(yùn)轉(zhuǎn)；根據(jù)陀螺儀的輸入、輸出信息，通過陀螺儀辨識，得到陀螺儀數(shù)學(xué)模型的一個準(zhǔn)確性估計，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)代控制論的原理設(shè)計一個控制器，最后將控制器參數(shù)下載到數(shù)字再平衡回路中，通過數(shù)字再平衡回路控制陀螺儀力矩器，實(shí)現(xiàn)力反饋回路；供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)給測試組件、處理單元供電?？刂齐娐酚衫^電器開關(guān)電路、移位放大電路、放大電路、驅(qū)動電路組成，繼電器開關(guān)電路分別和移位放大電路、數(shù)字再平衡回路、放大電路、驅(qū)動電路連接；移位放大電路的輸出端和數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸出端分別和放大電路、驅(qū)動電路的輸入端連接。數(shù)字再平衡回路包括信號預(yù)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、功率放大模塊；信號預(yù)處理模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接數(shù)字信號處理模塊的輸入端，數(shù)字信號處理模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接功率放大模塊的輸入端；數(shù)字信號處理模塊和數(shù)字處理工控機(jī)互聯(lián)，數(shù)字處理工控機(jī)和控制電路連接，以控制數(shù)字再平衡回路的通斷。數(shù)據(jù)處理工控機(jī)與控制電路相連，陀螺儀的信號器輸出端和控制電路的移位放大電路輸入端連接，陀螺儀的力矩器的輸入端和控制電路的放大電路輸出端連接，控制電路的移位放大電路的輸出端和數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸出端和控制電路的放大電路輸入端連接，為陀螺儀辨識與控制提供硬件條件和回路。陀螺儀硬件生成方法，借助前述裝置實(shí)現(xiàn)，包括下列步驟根據(jù)陀螺儀機(jī)理的先驗(yàn)知識，設(shè)計激勵信號并構(gòu)造模型類；將陀螺儀放置于高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺上，陀螺儀的X、Y軸分別與高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺的內(nèi)、外框的自轉(zhuǎn)軸平行，陀螺儀測試組件上電進(jìn)行預(yù)熱，然后采集陀螺儀測試組件的輸入-輸出數(shù)據(jù)，分析陀螺儀輸入_輸出數(shù)據(jù)，通過Akaike' s Information Criterion (AIC)準(zhǔn)則和Final Prediction Error Criterion (FPE)準(zhǔn)則判定模型階數(shù),并估計試用模型的參數(shù),再對試用模型進(jìn)行殘差分析和擬合度檢驗(yàn)，以驗(yàn)證試用模型是否合適，獲取后驗(yàn)?zāi)Ｐ?；根?jù)后驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計控制器參數(shù)，以獲得滿足陀螺儀穩(wěn)定性的相角裕度、幅值裕度， 通過仿真陀螺儀開環(huán)幅頻特性、開環(huán)相頻特性、閉環(huán)階躍響應(yīng)、閉環(huán)幅頻特性曲線驗(yàn)證控制器；操作高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺繞陀螺儀的X軸按正方向以固定速率旋轉(zhuǎn)，陀螺儀的信號器檢測該速率信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸?shù)綌?shù)字再平衡回路，產(chǎn)生力反饋電流，力反饋電流的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和功率放大，傳輸?shù)酵勇輧x測試組件的力矩器；操作數(shù)據(jù)處理工控機(jī)將控制器參數(shù)下載至數(shù)字再平衡回路，并測試數(shù)字再平衡回路動靜態(tài)性能、實(shí)時獲取反饋力矩電流的動態(tài)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果I、硬件生成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)純數(shù)字化，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)操作性高，可有效抑制隨機(jī)噪聲干擾和系統(tǒng)噪聲干擾，保證了信息的準(zhǔn)確性。2、通過采集陀螺儀輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)辨識，獲取其數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性估計， 為其控制回路設(shè)計提供可靠依據(jù)，并且能在很短的時間內(nèi)自動生成控制回路，通過仿真方式驗(yàn)證設(shè)計結(jié)果，提高控制回路的準(zhǔn)確性和有效性。3、本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線辨識，并有補(bǔ)償環(huán)節(jié)，保證了陀螺儀等的實(shí)時性控制。4、在該技術(shù)中，辨識系統(tǒng)采用AIC準(zhǔn)則和FPE準(zhǔn)則判定模型階數(shù)，采用最小二乘法進(jìn)行殘差分析和擬合度檢驗(yàn)，然后通過仿真實(shí)驗(yàn)判斷辨識模型和真實(shí)模型的擬合度，辨識精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定。5、根據(jù)需要，應(yīng)用程序可選擇多種操作模式，可任意設(shè)置采集通道、輸出通道、采樣率和應(yīng)用對象?？蓪?shí)現(xiàn)多種陀螺儀的閉合回路的設(shè)計、仿真和在線生成。


圖I是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的控制電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的數(shù)字再平衡回路結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本發(fā)明的辨識及控制算法的示意流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)原理是通過系統(tǒng)辨識，得到陀螺儀數(shù)學(xué)模型的一個準(zhǔn)確性估計，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)代控制論的原理設(shè)計一個控制器，最后將控制器參數(shù)下載到數(shù)字再平衡回路中，實(shí)現(xiàn)硬件生成。本發(fā)明的陀螺儀控制回路硬件生成系統(tǒng)，包括測試組件，處理單元和供電設(shè)備。測試組件包括陀螺儀組件和高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺；處理單元包括數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、 數(shù)據(jù)處理工控機(jī)、數(shù)字再平衡回路和控制電路；供電設(shè)備包括激磁電源、電路板電源以及陀螺儀電源。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得陀螺儀的輸出信息，供數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理工控機(jī)負(fù)責(zé)信息整合和時序處理，通過程序時序控制數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、數(shù)字再平衡回路、陀螺儀表頭、電源的通斷以及轉(zhuǎn)臺的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)給測試組件，處理電路和數(shù)據(jù)處理單元供電；高精度雙軸位置速率轉(zhuǎn)臺給整個系統(tǒng)提供測試平臺。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明各個部分的構(gòu)造和各部分之間的連接進(jìn)行詳細(xì)的說明在圖I中，數(shù)據(jù)處理工控機(jī)(101)作為中央處理單元，主要承擔(dān)信息整合、辨識和控制算法任務(wù)，完成運(yùn)算功能。數(shù)據(jù)處理工控機(jī)(101)和控制電路(104)連接，控制電路
(104)控制系統(tǒng)各個部分的通斷。高精度二軸轉(zhuǎn)臺(105)和陀螺儀測試組件(107)連接，為陀螺儀硬件生成系統(tǒng)提供調(diào)試平臺。數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備(102)和控制電路(104)互聯(lián)， 主要采集信號器(108)的偏角信息以及給力矩器(109)施加力矩電流。數(shù)字再平衡回路(103)和數(shù)據(jù)處理工控機(jī)(101)互聯(lián)，將控制器參數(shù)下載到數(shù)字再平衡回路(103)。電源柜 (106)主要給陀螺儀電機(jī)和內(nèi)部電路供電。在圖2中，控制電路(104)由繼電器開關(guān)電路(201)、移位放大電路(202)、放大電路(203)、驅(qū)動電路(204)組成。繼電器開關(guān)電路(201)分別和移位放大電路(202)、數(shù)字再平衡回路(103)、放大電路(203)、驅(qū)動電路(204)連接。移位放大電路(202)的輸出端和數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備(102)的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備(102)的輸出端分別和放大電路(203)、驅(qū)動電路(204)的輸入端連接。在圖3中，數(shù)字再平衡回路(103)包括信號預(yù)處理模塊(301)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 (302)、數(shù)字信號處理模塊(303)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(304)、功率放大模塊(305)。信號預(yù)處理模塊(301)的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(302)的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(302)的輸出端連接數(shù)字信號處理模塊(303)的輸入端，數(shù)字信號處理模塊(303)的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 (304)的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(304)的輸出端連接功率放大模塊(305)的輸入端。數(shù)字信號處理模塊(303)和數(shù)字處理工控機(jī)(101)互聯(lián)。數(shù)字處理工控機(jī)(101)和控制電路(104) 連接，以控制數(shù)字再平衡回路的通斷。數(shù)字處理工控機(jī)(101)通過移位放大電路(202)、陀螺儀表頭(107)、放大電路(203)，基于陀螺儀的理論數(shù)學(xué)模型，辨識出陀螺儀的各項(xiàng)參數(shù)。圖4是陀螺儀硬件生成系統(tǒng)操作過程的示意流程圖。如圖3所示，在步驟(402) 中，設(shè)計激勵信號。在步驟(404)中，根據(jù)陀螺儀機(jī)理的先驗(yàn)知識構(gòu)建模型類，然后在步驟 (405)和步驟(406)中，根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)判斷模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)。在步驟(407)中，根據(jù)擬合結(jié)果，通過仿真實(shí)驗(yàn)判斷模型是否合適。如果步驟(407)的判斷結(jié)果是“是”，則處理以下步驟；否則，重新從步驟(404)開始。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的陀螺儀硬件生成系統(tǒng)的幾個主要功能分別進(jìn)行說明(一 )陀螺儀辨識與控制數(shù)據(jù)處理工控機(jī)(101)通過控制電路(104)，使陀螺儀測試組件(107)的信號器 (108)輸出端和移位放大電路(202)的輸入端連接，陀螺儀測試組件(107)的力矩器(109) 的輸入端和放大電路(203)的輸出端連接。移位放大電路(202)的輸出端和數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備(102)的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備(102)的輸出端和放大電路(203)的輸入端連接，為陀螺儀辨識與控制提供硬件條件和回路。根據(jù)陀螺儀測試組件(107)輸入-輸出數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，用于模型定階。根據(jù)陀螺儀機(jī)理的先驗(yàn)知識(401)(不同類型的陀螺儀理論模型的階數(shù))，構(gòu)造模型類(404)?？紤]激勵信號的時域和頻域可控性，設(shè)計多正弦信號為激勵源(402)。將陀螺儀測量組件(107)放置于高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺(105)上，陀螺儀測量組件(107)的X、 Y軸分別與轉(zhuǎn)臺的內(nèi)、外框的自轉(zhuǎn)軸平行，陀螺儀測試組件(107)上電進(jìn)行預(yù)熱，然后采集陀螺儀測試組件(107)的輸入-輸出數(shù)據(jù)。分析陀螺儀測試組件(107)輸入-輸出數(shù)據(jù)， 根據(jù)陀螺儀測試組件(107)輸入-輸出數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，用于模型定階通過AIC準(zhǔn)則和 FPE準(zhǔn)則判定模型階數(shù)(405)，并估計試用模型的參數(shù)(406)。再對試用模型進(jìn)行殘差分析和擬合度檢驗(yàn)，以驗(yàn)證試用模型是否合適(407)，獲取后驗(yàn)?zāi)Ｐ?408)。AIC準(zhǔn)則Akaike' s Information Criterion信息準(zhǔn)則是,使根據(jù)輸入-輸出數(shù)據(jù)所估計的隨機(jī)變量的概率分布與其真正概率分布之間的擬合程度的數(shù)學(xué)期望為最大。FPE準(zhǔn)則Final Prediction Error Criterion按殘差方差定階,按照估計誤差方差最小來確定模型的階次。( 二)軟件仿真根據(jù)后驗(yàn)?zāi)Ｐ?408)設(shè)計控制器參數(shù)(409)，以獲得滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的相位裕度、 幅值裕度。通過軟件仿真(410)系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性、系統(tǒng)開環(huán)相頻特性、系統(tǒng)閉環(huán)階躍響應(yīng)、系統(tǒng)閉環(huán)幅頻特性曲線驗(yàn)證控制器。這里，系統(tǒng)指測試組件，處理單元和供電設(shè)備；測試組件包括高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺和安裝在高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺上的陀螺儀；處理單元包括數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、數(shù)據(jù)處理工控機(jī)、數(shù)字再平衡回路和控制電路；供電設(shè)備包括激磁電源、電路板電源以及陀螺儀電源。(三)陀螺儀硬件生成操作高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺(105)繞陀螺儀測試組件(107)的X軸按正方向以固定速率旋轉(zhuǎn)，陀螺儀測試組件(107)的信號器(108)檢測該速率信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過信號預(yù)處理模塊(301)，傳輸?shù)侥?shù)轉(zhuǎn)換模塊(302)，再通過數(shù)字信號處理模塊(303)，產(chǎn)生力反饋電流。力反饋電流的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(304)和功率放大模塊數(shù)模(305)，傳輸?shù)酵勇輧x測試組件(107)的力矩器(109)。數(shù)字信號處理模塊(303)和數(shù)據(jù)處理工控機(jī)
(101)互聯(lián)分別實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)下載至數(shù)字信號處理模塊(411)、實(shí)時獲取反饋力矩電流的動態(tài)數(shù)據(jù)。操作數(shù)據(jù)處理工控機(jī)(101)將控制器參數(shù)下載(411)至數(shù)字信號處理模塊(303)， 并測試數(shù)字再平衡回路動靜態(tài)性能。
權(quán)利要求
1.一種陀螺儀硬件生成裝置，其特征是，包括測試組件，處理單元和供電設(shè)備；測試組件包括高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺和安裝在高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺上的陀螺儀；處理單元包括數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、數(shù)據(jù)處理工控機(jī)、數(shù)字再平衡回路和控制電路；供電設(shè)備包括激磁電源、電路板電源以及陀螺儀電源；數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備通過控制電路獲得陀螺儀的輸入、輸出信息，供數(shù)據(jù)處理工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理工控機(jī)負(fù)責(zé)通過控制電路經(jīng)供電系統(tǒng)控制電源的通斷；控制高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺的運(yùn)轉(zhuǎn)；根據(jù)陀螺儀的輸入、輸出信息，通過系統(tǒng)辨識，得到陀螺儀數(shù)學(xué)模型的一個準(zhǔn)確性估計，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)代控制論的原理設(shè)計一個控制器，最后將控制器參數(shù)下載到數(shù)字再平衡回路中，通過數(shù)字再平衡回路控制陀螺儀力矩器，實(shí)現(xiàn)力反饋回路；供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)給測試組件、處理單元供電。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征是，控制電路由繼電器開關(guān)電路、移位放大電路、 放大電路、驅(qū)動電路組成，繼電器開關(guān)電路分別和移位放大電路、數(shù)字再平衡回路、放大電路、驅(qū)動電路連接；移位放大電路的輸出端和數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸出端分別和放大電路、驅(qū)動電路的輸入端連接。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征是，數(shù)字再平衡回路包括信號預(yù)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、功率放大模塊；信號預(yù)處理模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接數(shù)字信號處理模塊的輸入端，數(shù)字信號處理模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接功率放大模塊的輸入端；數(shù)字信號處理模塊和數(shù)字處理工控機(jī)互聯(lián)，數(shù)字處理工控機(jī)和控制電路連接， 以控制數(shù)字再平衡回路的通斷。
4.如權(quán)利要求I或3所述的裝置，其特征是，數(shù)據(jù)處理工控機(jī)與控制電路相連，陀螺儀的信號器輸出端和控制電路的移位放大電路輸入端連接，陀螺儀的力矩器的輸入端和控制電路的放大電路輸出端連接，控制電路的移位放大電路的輸出端和數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備的輸出端和控制電路的放大電路輸入端連接，為陀螺儀辨識與控制提供硬件條件和回路。
5.一種陀螺儀硬件生成方法，其特征是，借助前述陀螺儀硬件生成裝置實(shí)現(xiàn)，包括下列步驟根據(jù)陀螺儀機(jī)理的先驗(yàn)知識，設(shè)計激勵信號并構(gòu)造模型類；將陀螺儀放置于高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺上，陀螺儀的X、Y軸分別與高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺的內(nèi)、外框的自轉(zhuǎn)軸平行，陀螺儀測試組件上電進(jìn)行預(yù)熱，然后采集陀螺儀測試組件的輸入-輸出數(shù)據(jù)，分析陀螺儀輸入-輸出數(shù)據(jù)，通過AIC準(zhǔn)則和FPE準(zhǔn)則判定模型階數(shù)，并估計試用模型的參數(shù)，再對試用模型進(jìn)行殘差分析和擬合度檢驗(yàn)，以驗(yàn)證試用模型是否合適，獲取后驗(yàn)?zāi)Ｐ?；根?jù)后驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計控制器參數(shù)，以獲得滿足陀螺儀穩(wěn)定性的相位裕度、幅值裕度，通過仿真陀螺儀開環(huán)幅頻特性、開環(huán)相頻特性、閉環(huán)階躍響應(yīng)、閉環(huán)幅頻特性曲線驗(yàn)證控制器；操作高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺繞陀螺儀的X軸按正方向以固定速率旋轉(zhuǎn)，陀螺儀的信號器檢測該速率信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸?shù)綌?shù)字再平衡回路，產(chǎn)生力反饋電流，力反饋電流的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和功率放大，傳輸?shù)酵勇輧x測試組件的力矩器；操作數(shù)據(jù)處理工控機(jī)將控制器參數(shù)下載至數(shù)字再平衡回路，并測試數(shù)字再平衡回路動靜態(tài)性能、實(shí)時獲取反饋力矩電流的動態(tài)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及陀螺儀。為實(shí)現(xiàn)陀螺儀控制回路硬件生成，而且集成陀螺儀控制回路分析測試的功能，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，陀螺儀硬件生成裝置，包括測試組件，處理單元和供電設(shè)備；測試組件包括高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺和安裝在高精度二軸位置速率轉(zhuǎn)臺上的陀螺儀；處理單元包括數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、數(shù)據(jù)處理工控機(jī)、數(shù)字再平衡回路和控制電路；供電設(shè)備包括激磁電源、電路板電源以及陀螺儀電源。本發(fā)明主要應(yīng)用于陀螺儀的設(shè)計制造。
文檔編號G01C25/00GK102607598SQ20121006371
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者孫建, 李醒飛, 楊光, 王佳, 趙建遠(yuǎn) 申請人:天津大學(xué)