闭环光纤陀螺的建模方法

在设计基于光纤陀螺（FOG）的惯性测量单元之前,必须首先获得陀螺的传递函数模型,研究的目的就是寻求一种有效的FOG传递函数的辨识方法。本文分析了传统方法辨识闭环FOG传递函数的困难,然后提出了利用速率转台对地球自转角速度的调制分量作为陀螺输入来辨识FOG传递函数的方法,并设计了基于最小二乘法的正弦信号幅值和相位的检测方法。通过对国外某FOG模型的分析说明了该方法的可行性,并且该方法实施简单,能够克服白噪声对信号幅值和相位检测带来的影响。     

一种用于红外光电系统的新型压电陶瓷扫描镜的反馈控制

由于高精度位移传感器体积大、价格高,系统传递函数复杂难以辨识等因素,目前对于压电驱动的FSM大多通过前馈补偿的方法进行开环控制.为了实现对一种新型三支撑三维FSM的反馈控制,本文基于电阻应变片构建了反馈信号进行采集的系统,先用电阻应变片采集压电陶瓷得输出位移,然后通过标定系统将其转化为反射镜的偏转角度.并在此基础上,对系统的开环传递函数进行了辨识,得到了一个七阶的传递函数.实验证明,反馈信号采集系统能够兼顾体积和精度,所获得的传递函数能够较好地拟合该系统的动态特性,为后续控制算法的设计实现奠定了很好的基础.     

基于LabVIEW的音圈电机驱动小角度转台系统辨识方法

通过分析逆重复伪随机序列(L序列)的生成原理,设计了一种基于LabVIEW的L序列生成方法,将其作为音圈电机驱动的小角度转台的辨识输入信号,同时以转台上测角装置的测量值作为反馈输出信号,用最小二乘法对输入输出信号进行参数辨识,从而确定了转台的传递函数。最后,将输入信号代入传递函数与实际输出信号进行了对比,并对一系列的频率点进行了验证。结果表明,这种方法具有较高的辨识精度,对研究转台的高精度控制算法具有重要的参考价值。     

一种基于频域的转动惯量估算方法

描述了控制对象的两种等效数学模型,以第二种数学模型作为被控对象.引入了电流校正环节,建立了基于电流闭环的速度开环传递函数,推导了关于该速度开环传递函数的数学不等式,再将实际测得的幅频特性代入此不等式中,得到了关于转动惯量和机械时间常数的数学表达式.最后,以某光电测量设备的垂直轴作为控制对象进行了实验,用动态信号分析仪SR785测得实际系统的幅频特性,将该特性曲线上的某频率点代入到所建立的速度开环传递函数不等式中,得到转动惯量大于116.5590、小于116.609 7;机械时间常数大于0.561 587、小于0.561 638.由此可见,这种基于速度开环频域特性估算系统转动惯量和机械时间常数的方法是相当准确的.     

2 m望远镜消旋K镜转台的模型辨识

针对某2 m望远镜消旋K镜转台,提出了一种基于Hankel矩阵奇异值分解的特征系统实现算法对系统的参数和阶次进行辨识。首先,以正弦扫描信号激励转台并同步采集位置反馈信息,利用谱分析法对测试数据进行分析,得到了系统的频率特性曲线;其次,对系统的Hankel矩阵进行奇异值分解,得到了K镜转台的结构模型;最后,采用特征系统实现算法对Hankel矩阵进行辨识,得到了K镜转台的参数模型。实验结果显示:K镜转台相对均衡的最小阶阶次为6阶,在系统的中低频段获得幅度0.31 dB和相位0.87的辨识精度,相对于参数递阶辨识方法,分别提高了50.7%和23%。结果表明:该方法能够确定一个与系统外特性等价的相对均衡的最小阶状态空间模型,在辨识系统阶次和参数估计方面具有较好的可行性和实用性。     

光电经纬仪转台动态特性研究

光电经纬仪转台的动态特性对经纬仪瞄准与跟踪性能有重要影响。针对某型号经纬仪展开研究,基于3D Solid单元建立了有限元模型,采用Bathe子空间迭代法对转台进行了模态分析,获取了转台前6阶模态。进行了力锤激励模态测试实验,仿真结果与实验结果误差在12%以内。基于隐式积分法对经纬仪进行了扫频分析,结果表明,该型号经纬仪转台对350 Hz激励最为敏感。研究结果为经纬仪转台结构改进提供了指导,并为控制系统的带宽设计提供了依据。     

光纤陀螺传递函数的数字信号辨识法

通过对全数字闭环光纤陀螺的Y波导施加固定的伪随机阶梯波激励信号,即使陀螺处于一定的转动激励中,比较输入信号与输出角速率信号可对光纤陀螺的传递函数模型进行辨识,建立全数字闭环光纤陀螺的传递函数模型。该方法通过软件施加激励信号实现在陀螺生产阶段的传递函数的在线测量,不必施加真实的转动信号。对该方法辨识的重复性进行了验证,结果表明,辨识出的陀螺带宽的重复性优于0.4 Hz。     

基于全数字模型辨识的高精度跟踪系统设计

目前工程上对光电跟踪系统的控制器设计多数采用基于被控对象数学模型的控制策略。模型的辨识是否准确,如何开展控制器设计成为系统的难点。利用DSP控制器对光电跟踪系统进行全数字方式的传递函数测试,在线处理测试数据,同时DSP控制器通过接收系统期望的特性参数,自动计算出校正参数,完成控制器框架设计。根据跟踪目标特性,结合跟踪误差特点及工程经验库,提出准速度/加速度补偿算法,优化控制器,该方法已成功应用于某光电跟踪系统。基于模型辨识设计的高精度控制器设计方法简单、实用、无附加成本,提高了系统跟踪精度,具有较好的使用效果。     

频率步进激励信号的时域特性研究

将频率步进扫频信号用于电声测量系统工作过程中的激励信号,测量精度相对较高,但测量速度慢。并且,在频率不同的两段正弦激励信号衔接播放时,时域信号存在冲击量,如不加以改善,既延长了激励信号的过渡过程时间,又降低了测量精度。使用希尔伯特变换计算激励信号的时域包络曲线,可以分析冲击量的强度,且通过在激励信号频率步进衔接段采用时域加窗及平滑方法,可以降低这一冲击量的强度。理论分析和实验试听表明,该方法可以提高正弦激励信号频率步进时信号播放时的平滑度,降低冲击量,缩短过渡过程时间,且为改善测量精度提供一定的支持。     

Si微电容式加速度计动态参数的提取

介绍了一种电容式微Si加速度计的基本结构以及静电激振法用于电容加速度计动态参数测试的基本原理。提出了在开环条件下,采用静电激振法对该类型电容加速度计动态参数测试的电路方案。通过分析获得了扫频特性曲线和阶跃响应曲线,得到了传感器的固有频率、阻尼比。试验结果表明,采用静电激振法得到的结果与传感器设计值比较接近。可以认为,开发的动态参数测试系统是快速且有效的。     

多谐差相信号在伺服系统频率特性测试中的应用

为了减少伺服系统频率特性测试的测试时间,提高测试精度,选用非均匀功率谱的多谐差相信号作为激励源。该信号具有较低的峰值因子,还可以使激励更加平稳均匀。以某型舵机为例进行实验,结果表明,其测试精度与传统的正弦扫描信号作为激励的情形相比,幅频特性的误差保持在±0.069dB以内,相频特性的误差保持在±0.602°以内,测试时间减少53.3%,在测试过程中系统运行平稳,适合频率特性的快速高精度测试。     

全新卫星双向时间比对调制解调器设计

卫星双向时间频率传递是目前被广泛应用的远距离高精度时间频率量值传递方法,其核心组成设备是双向时间比对调制解调器.文章介绍了由北京无线电计量测试研究所研制的卫星双向时间比对调制解调器,该设备采用直接序列扩频(DSSS)和二进制相移键控(BPSK)方式完成时间信号的调制,采用快速傅里叶变换(FFT)算法实现对信号的快速搜索和捕获;利用二阶锁频辅助三阶锁相环路达到动态性能和跟踪精度的平衡;采用二阶延迟锁定环(DLL)来实现对码相位的精密跟踪和测量.采用两个1.2m口径天线的双向比对地球站进行短基线卫星双向时间比对试验,试验结果表明当系统工作在2.5MChip/s码速率时,该调制解调器的时间比对精度(标准偏差(1σ))能够达到0.13ns.     

System identification of power converters with digital control through cross-correlation methods

For digitally controlled switching power converters, on-line system identification can be used to assess the system dynamic responses and stability margins. This paper presents a modified correlation method for system identification of power converters with digital control. By injecting a multiperiod pseudo random binary signal (PRBS) to the control input of a power converter, the system frequency response can be derived by cross-correlation of the input signal and the sensed output signal. Compared to the conventional cross-correlation method, averaging the cross-correlation over multiple periods of the injected PRBS can significantly improve the identification results in the presence of PRBS-induced artifacts, switching and quantization noises. An experimental digitally controlled forward converter with an FPGA-based controller is used to demonstrate accurate and effective identification of the converter control-to-output response.     

A weighted-principal component regression method for the identification of physiologic systems

We introduce a system identification method based on weighted-principal component regression (WPCR). This approach aims to identify the dynamics in a linear time-invariant (LTI) model which may represent a resting physiologic system. It tackles the time-domain system identification problem by considering, asymptotically, frequency information inherent in the given data. By including in the model only dominant frequency components of the input signal(s), this method enables construction of candidate models that are specific to the data and facilitates a reduction in parameter estimation error when the signals are colored (as are most physiologic signals). Additionally, this method allows incorporation of preknowledge about the system through a weighting scheme. We present the method in the context of single-input and multi-input single-output systems operating in open-loop and closed-loop. In each scenario, we compare the WPCR method with conventional approaches and approaches that also build data-specific candidate models. Through both simulated and experimental data, we show that the WPCR method enables more accurate identification of the system impulse response function than the other methods when the input signal(s) is colored.     

Control of an overlap-type proportional directional control valve using input shaping filter

In a hydraulic control system (herein, termed a major control loop), a proportional directional control (PDC) valve with spool position feedback may work in a minor (or inner) control loop. In this study the authors propose control designs to improve the performance of the PDC valve control loop (a minor control loop). At first, the mathematical model for the PDC valve is developed through an experimental identification process. Then, a dead-zone compensator that facilitates jumping of the overlap zone in spool/sleeve combination is devised and applied. A reference input following controller (including PI-D and feed-forward controller) that enables robust control of the PDC valve under disturbances is devised using the pole placement method and the zero placement method. Subsequently, an input shaping filter is incorporated into the devised control system to improve the reference following characteristic in high frequency range. Finally, the effectiveness of the proposed control design is verified experimentally.     

自动控制系统频域分析的GUI仿真设计

频域分析法是线性自动控制系统的一种图形化分析法,用于分析系统的动态性能和稳态性能。利用Matlab/GUI界面设计工具与M文件编程结合,设计了自动控制系统频域分析的演示界面。该界面可进行系统参数设置,显示系统开环传递函数,绘制相应的对数坐标图,便于观察系统的组成或参数变化对系统性能的影响,能够满足课堂教学演示与课外仿真实验。     

声表面波射频识别系统的FMCW信号源设计

频率调制连续波(FMCW)的产生(即FMCW信号源)是声表面波射频识别系统频域采样阅读器的重要组成部分。为了满足扫频速度、带宽和线性度等要求,采用直接数字频率合成器(DDS)与锁相环(PLL)混频,并结合IQ调制的方式设计了超高频FMCW信号源。实际制作了信号源电路,DDS芯片输出I、Q两路正交信号,并分别以差分形式传输至IQ调制芯片进行上变频。测试了DDS输出信号的差分、正交特性,分别对信号源产生的单频信号和扫频信号进行了测试。最后搭建系统对声表面波标签进行测试。测试结果表明信号源设计的有效性。     

Improved Online Identification of a DC–DC Converter and Its Control Loop Gain Using Cross-Correlation Methods

Recent progress in the identification of switching power converters using an all-digital controller has granted network analyzer functionality to the control platform. In particular, the cross-correlation technique provides a nonparametric identification of a converter's small-signal control-to-output frequency response. The literature shows the viability of this technique as well as a few improvements to the basic technique. This online network analyzer functionality allows new flexibility in the areas of online monitoring and adaptive control. In this paper, several improvements to the cross-correlation method of system identification are proposed that aim to further improve the accuracy of the frequency response identification, particularly at high frequencies near the desired closed-loop bandwidth frequency. Additionally, an extension to the cross-correlation method is proposed that allows measurement of the control loop gain without ever opening the feedback loop. Thus, performance and stability margins may be evaluated while maintaining tight regulation of the output. Simulation and experimental results are shown to verify the proposed improvements and extension.      

PLL频率合成器中有源环路滤波器的设计与仿真

为提高PLL频率合成器的性能,简化环路滤波器的设计过程,提出了PLL频率合成器中有源环路滤波器的一种设计方法。首先给出一种实用的三次特性的有源环路滤波器结构,根据电路结构求出其频率特性,结合PLL频率合成器中鉴相器-VCO-分频器的相位传递函数,确定使系统稳定的相位最大返回处频率,合理分配滤波器的零、极点,进而综合出环路滤波器的设计方法,以及电路中各元件的计算公式。文中给出了设计实例并进行了PSPICE仿真,结果表明其性能完全能达到设计要求。