基于相干解调实现激光陀螺抖动信号的剥除

为了满足惯导系统对激光陀螺高动态响应方面的需求,本文基于相关滤波技术实现了激光陀螺抖动误差信号的剥除。首先从理论上对基于相关滤波去抖的思想进行了详细的分析,提出了基于相关滤波进行抖动剥除的开环模型,为了提高系统的稳定性,在开环模型的基础上提出了闭环模型。其次介绍了基于相关滤波闭环模型实现抖动剥除的软硬件设计,最后用所研制的系统对某一型号的激光陀螺进行了测试,通过对采样信号和误差信号的观测,系统工作稳定,在5KHz的采样条件下,陀螺剥除后的剩余脉冲控制在±1内。     

二频机抖激光陀螺高精度低延时信号解调电路设计

在激光陀螺信号解调滤波过程中,工程上经常运用高阶FIR滤波电路来实现抖动信号剥除;这种方法虽然精度高但具有较高的延时,无法满足激光陀螺输出结果实时性的要求;为了解决这个问题,提出了一种基于FPGA的激光陀螺信号解调电路,利用自适应滤波原理对激光陀螺输出抖动信号进行自适应剥除,最后进行了相应精度及延迟测试;实验结果表明激光陀螺信号经过该系统自适应抖动剥除后效果较好,激光陀螺静态输出百秒方差仅为千分之三且系统延迟0.6 ms远低于常规5 ms延迟,满足了激光陀螺信号解调高精度低延时的要求。     

一种新型高效的激光陀螺抖动信号剥除技术研究与实现

激光陀螺的输出信号中包涵外界输入角速度、机械抖动角速度两部分信息,而机械抖动角速度是一个叠加了一定噪声的标准正弦振动;在此提出了一种正弦抖动剥除技术,能极大地衰减激光陀螺输出信号中的正弦分量,实现对陀螺输出信号的初步解调,并采用FPGA作为实现工具;文章首先对激光陀螺输出信号特性进行了分析,提出了一种新型的抖动剥除技术的理论模型;然后具体介绍了这种技术在FPGA上的实现方法;最后利用基于本技术设计的FPGA+DSP系统对某型号激光陀螺进行了测试,通过观察证明本方法能很好地实现激光陀螺正弦抖动剥除,剥除后的激光陀螺正弦幅值能衰减到原始值的1/70。     

抖动偏频激光陀螺中的解调及实现技术

根据抖动偏频激光陀螺的输入、输出信号模型,提出了一种利用实时数字信号处理技术实现抖动解调的新方法.通过对激光陀螺输出信号高速采样并使用设计适当的数字滤波器,不但可以有效消除机械抖动引起的信号,而且能够减小随机嗓声干扰,提取出所需的惯性角速率信息.试验表明,相对于整周期采样解调,此方法有效减小了误差,提高了陀螺输出带宽,降低了对电路的要求,具有很大的实用价值.     

非均匀采样信号的滑动滤波方法

针对实际采样过程中出现的采样非均匀性,提出了基于连续傅里叶变换的非均匀采样信号频谱分析方法和非均匀采样信号的滑动滤波方法。将非均匀采样信号描述为不均匀采样时刻冲激函数代数和的形式,利用连续傅里叶变换得到非均匀采样信号的频谱特性,根据不同采样间隔,得到非均匀采样信号的滑动滤波方法。通过MATLAB仿真软件验证了这种非均匀采样信号分析与处理方法的正确性,将这一研究成果应用到机械抖动激光陀螺输出信号处理中,与常规的平均滤波方法相比,激光陀螺的零偏误差减少了10.1%。     

基于FPGA的抖动偏频激光陀螺高精度信号解调

分析了抖动偏频激光陀螺信号的解调原理，提出了一种利用数字信号处理技术并采用FPGA实现的抖动解调方法；通过对激光陀螺脉冲计数值高速采样并采用数字滤波器滤波处理，可以有效消除抖动引起的信号噪声，得到所需的惯性角速率测量信息；增加数字预滤器，以滤除陀螺脉冲输出信号中的尖峰或毛刺干扰，可以进一步提高解调精度；为满足实时性要求，该方法采用FPGA来实现；实验表明，相对整周期采样解调，此方法提高了解调精度。     

基于神经网络的开环光纤陀螺误差补偿方法

根据开环光纤陀螺线性度课差随角速度增大而增大的特性,提出了在大角速度情况下应用神经网络对陀螺误差进行建模并补偿,在小角速度时对陀螺输出数据进行平滑滤波以抑制噪声的分段误差补偿方法.在速率转台上对开环光纤陀螺(VG941)进行测试并采集了测量范围内陀螺的多组实际输出数据,基于这些数据对单输入单输出的神经网络进行训练,得到了开环光纤陀螺的神经网络模型.在所得模型基础上,对整个测量范围内的陀螺原始输出数据采用分段补偿方法进行了陀螺误差补偿,并使开环光纤陀螺最大线性度误差由15%下降到0.3%,提高了开环光纤陀螺的测量精度.实验结果表明基于神经网络的开环光纤陀螺误差补偿方法对提高开环光纤陀螺的精度、扩大其应用范围具有实用价值.     

抖动偏频激光陀螺整周期采样对捷联惯导姿态解算的影响

抖动偏频激光捷联惯导系统中,三个激光陀螺之间机械抖动频率一般互不相同.当陀螺输出采用整周期锁存方式时,导航计算机定时采样系统采集到的三个陀螺信号,隐含着陀螺输出的不同步,在捷联惯导解算中将产生姿态解算的不可交换误差,在圆锥运动环境下误差更加严重.介绍了整周期采样时陀螺输出的不同步现象,在圆锥运动条件下对不同步问题进行仿真,仿真结果表明不同步是引起姿态解算误差的主要因素,不同步误差远远超过同步采样条件下的姿态解算误差,因此在捷联惯导系统角运动剧烈时应当予以重视.     

小波包分析在激光捷联惯导系统中的应用

为了减小激光陀螺随机误差对激光捷联惯导系统对准、导航精度的影响,采用小波包分析方法对其进行滤波处理.开发了评估软件对其在实际系统中滤波前后效果进行了对比研究.结果表明,小波包分析方法简单实用,特别适合激光陀螺信号的处理,在很大程度上提高了激光捷联惯导系统的对准、导航精度.     

单激光陀螺罗盘寻北误差建模及滤波技术

传统吊带式陀螺罗盘系统短时间快速寻北精度较低,对环境的适应能力差.为提高陀螺罗盘寻北性能,提出使用单激光陀螺作为测量元件的二位置罗盘寻北方案.考虑到激光陀螺输出数据特性以及陀螺罗盘系统应用条件,通过对激光陀螺误差源进行分析,确定针对陀螺输出数据使用惯性环节滤波和滑动平均的组合滤波方法.以低精度激光陀螺实验数据进行仿真计算.滤波前后信号对比明显,说明滤波方法对噪声信号抑制效果明显;寻北结果达到4'的精度且收敛速度较快,证明了方案的可行性.     

环形激光陀螺的零偏热效应补偿模型

热效应对激光陀螺零偏的影响非常明显且难以精确建模。根据对环形激光陀螺的大量温度试验的数据,分析了温度变化、温度梯度与温变速率对陀螺零偏漂移影响的规律,进而提出了一种适用于工程应用的环形激光陀螺的零偏热效应补偿方法。经试验验证,此模型能在一定程度上改善热效应对环形激光陀螺零偏稳定性的影响,为建立最后的误差补偿模型,进一步提高环形激光陀螺的精度打下基础。     

环形激光陀螺信号分析与处理

我们对环形激光陀螺输出信号进行了时频分析,采用Allan方差法对陀螺信号进行了分析与计算,应用混合滤波技术对陀螺信号进行了处理,并对滤波前后的陀螺测试数据进行了对比分析.Allan方差法分析结果表明,该滤波技术能有效提高激光陀螺的精度.     

卡尔曼滤波在激光陀螺信号处理中的应用

各种随机噪声是激光陀螺误差的主要来源;设计了基于激光陀螺漂移数据时间序列模型的卡尔曼滤波器,对激光陀螺漂移数据进行了滤波,并采用Allan方差法分析了滤波结果;结果表明,基于时间序列模型的卡尔曼滤波器有效地减小了随机误差。     

基于小波分析的激光陀螺信号处理

随机噪声是影响激光陀螺精度的一个重要因素,其中随机噪声主要是白噪声。利用小波变换理论对激光陀螺数据进行消噪处理是小波的一个最基本的应用。选用Daubechies小波函数作为小波基,采用软阀值方法去除噪声。对某型号的激光陀螺的滤波结果表明了该方法的有效性。     

磁悬浮控制敏感陀螺转子偏转通道稳定控制方法

为克服强陀螺效应对高速磁悬浮控制敏感陀螺(MSCSG)转子偏转通道稳定性的影响,提出一种基于分散PID结合滤波交叉反馈的数字控制方案.根据洛伦兹力磁轴承支承的转子偏转系统结构特点,建立了MSCSG转子偏转动力学模型;利用所建立模型分析了两径向偏转自由度间的耦合特性,并提出在PID控制器的基础上,引入滤波交叉反馈来抑制径向偏转通道中的陀螺效应;搭建了以DSP和FPGA为核心的数字控制系统,并采用双线性变换将所提出的控制方法进行数字化实现.采用根轨迹法对所提出控制方法的稳定性进行了分析,通过实验比较了引入滤波交叉反馈控制前后转子偏转通道的稳定性.实验结果表明,分散PID控制条件下MSCSG转子在转速为3200 r/min时失稳,而引入滤波交叉反馈后,转子转速升至5000 r/min后仍可稳定运行.实验结果验证了所提出稳定控制方法对强陀螺效应的抑制作用.     

Attitude Controller for Steady Hover of a Rotary-Wing Flying Robot

This paper presents an attitude controller for steady hover of CMERI’s Rotary-Wing Flying Robot. The main objective is to control the dynamic behaviour of the robot, which is complex in shape and motion as nonlinear aerodynamic forces and gravity acts on the system. Due to limited accuracy of the dynamic model, the attitude dynamics is conditionally stable where a minimum amount of attitude feedback is required for system stability. To compensate for conditional stability with improved disturbance rejection, an attitude controller is developed adopting cascade control loop architecture. The INS system feedback is used for outer control loop while the gyro feedback is adopted for the inner control loop to attain a high bandwidth, ensuring attitude stability with accelerated response required for a steady hover. The defined controller has introduced corrective control to mitigate the disturbance as sensed by the gyros before they actually do affect the output as the cascade control loop is more responsive than simply the INS loop feedback. In the proposed approach, the robot is modelled using well known “NASA Minimum Complexity Math Model” where robot dynamics is decoupled into Single Input Single Output system. Kalman filter is used to estimate the attitude from the high frequency based gyros aided by INS system feedback data while a matched pole-zero method is used to perform discretization. The stability of the system is evaluated using closed loop identification. The provided solution is tested on Hirobo Scheadu50 model and the system performance is analyzed using the proposed controller.     

Reliable H ∞ filter design for T–S fuzzy model‐based networked control systems with random sensor failure

This paper investigates robust and reliable H _∞ filter design for a class of nonlinear networked control systems: (i) a T‐S fuzzy model with its own uncertainties is used to approximate the nonlinear dynamics of the plant, (ii) a new sensor failure model with uncertainties is proposed, and (iii) the signal transfer of the closed‐loop system is under a networked communication scheme and therefore is subject to time delay, packet loss, and/or packet out of order. Four new theorems are proved to cover the conditions for the robust mean square stability of the systems under study in terms of LMIs, and a decoupling method for the filter design is developed. Two examples, one of them is based on a model of an inverted pendulum, are provided to demonstrate the design method. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

振动式微机械陀螺驱动控制电路研究

本文分析了微机械陀螺检测灵敏度和驱动信号频率和幅度的关系,在此基础上提出了一种振动式微机械陀螺驱动控制环路方案并给出了相应的电路实现方法.它利用陀螺谐振时驱动信号和驱动模态位移信号具有900相位差这一特性,采用锁相方式完成驱动轴的稳频控制,恒幅控制环节则采用半波整流电路及后续的直流电压调整电路实现,从而完成了对驱动轴的锁相和恒幅双环路控制,保证了陀螺驱动轴的谐振和振幅恒定,有效的提高了陀螺的灵敏度和标度因子的稳定性.最后针对音叉电容式微机械陀螺进行的开闭环对比实验证明,添加控制环路的检测电路零偏稳定性提高了10倍左右.     

硅微陀螺带通ΣΔ闭环检测环路设计

本文研究了SDM调制器在陀螺闭环检测中的应用,主要针对其闭环检测的结构设计和参数获取作了相应的研究和阐述。硅微机械陀螺敏感模态为二阶模态,基于SDM调制器的设计原理,结合DSToolbox来设计整个闭环检测电路,得到闭环检测电路的结构和参数。最终仿真得到的闭环检测系统的信噪比达到了106 dB。在量程为±200°/s,带宽为200 Hz时,分辨率可以达到0.001°/s。