基于FPGA的PID控制在液浮陀螺回路中的应用

PID控制器的可靠性及实时性,是实现运动控制系统精确定位或跟踪的重要环节。利用PID控制液浮陀螺再平衡回路,在分析PID控制算法的基础上,采用FPGA(现场可编程逻辑门阵列)对增量型PID控制器进行设计及仿真实验,使陀螺输出能及时响应角增量的变化。程序采用VHDL语言编写,使用软件Libero v9.0完成PID控制器的设计、编译和仿真,仿真结果表明该方法有效可行。

陀螺约束回路稳定性的李亚普诺夫法分析

船用惯性导航或平台罗经等导航系统中 ,常常用高精度二自由度陀螺稳定平台 .这些系统在启动时 ,由于陀螺的定轴性和船的摇摆 ,陀螺框架会激烈地撞击止档 ,从而影响陀螺的精度 .为此 ,在系统中施加反馈回路把主轴限制在零位附近 .这些回路称为约束回路 .陀螺启动过程中 ,陀螺的惯性矩是变化的 ,而且由于陀螺特性 ,每一个陀螺的两条约束回路是相互耦合的 .所以 ,二自由度陀螺的约束回路是一个相互耦合的时变控制系统 .本文从二自由度陀螺的技术方程出发推导了系统的状态空间模型 ,用李亚普诺夫直接法分析约束回路的稳定性问题 ,并用变量梯度法找到了李亚普诺夫函数 ,从而得出了回路的稳定性条件 .由于陀螺的启动时间比约束回路的时间常数大得多 ,因而仿真结果和实验室试验结果都说明 ,只要根据时变参数不断修改稳定条件 ,就可以使系统稳定 ,从而解决了一种特殊时变系统的稳定性问题 .

提高力反馈速率陀螺动态特性的优化设计

陀螺带宽窄将影响系统的动态特性。本文采用比例-积分控制和迟后-超前网络相结合的校正方法,通过优化校正网络的参数、合理配置零极点、设计控制回路,使陀螺系统的带宽提高到150 Hz、输出噪声小于10 mV。并通过仿真验证了控制回路设计的合理性。

一种结合扰动观测器的惯性稳定平台稳定回路设计

介绍了大型重力测量惯性稳定平台的典型陀螺稳定回路设计,在此基础上以稳定回路闭环传递函数为被控对象设计了扰动观测器,实现了扰动观测器与陀螺稳定回路的结合。进行了没有扰动观测器和带有扰动观测器的稳定回路控制仿真对比,仿真结果表明,结合扰动观测器的稳定回路,具有更好的抗低频干扰力矩和高频陀螺测量噪声的能力。

船载测量雷达稳定回路作用分析

分析了船载测量雷达陀螺稳定回路的作用机理,以及稳定回路作用前后雷达跟踪稳定性。用Matlab对稳定回路作用前后跟踪回路进行了仿真,对分系统误差分量和随机误差分量进行了跟踪精度分析,并通过两次测量任务数据处理结果的比较,证明船摇较小时,加入稳定回路会造成跟踪精度的降低。

陀螺/加速度计稳定环对“动中通”系统的扰动校正

针对"动中通"系统两次上位机指令间隔中载体姿态变化的扰动,提出了基于三轴陀螺和加速度计的稳定回路跟踪控制方法。该方法在传统伺服系统电流环、速度环和位置环的反馈回路中增加了负载速度前馈补偿和稳定回路位置校正环节。利用陀螺和加速度计的测量数据融合、稳定跟踪修正的原理隔离载体姿态变化,对测量噪声信号用卡尔曼滤波技术进行估计和误差补偿,有效地提高了系统对姿态扰动的隔离度。仿真验证结果表明,伺服稳定系统的响应时间小于200ms,动态跟踪误差小于0.1°,隔离度高于97%,具有较高的跟踪精度,能够满足工业应用稳定跟踪控制。

全数字IMU方案研究

分析了现有IMU内部模拟电路的不足,提出全数字IMU方案和结构框图,其内容包括高精度模数转换电路、高速数学运算平台、陀螺数字伺服电路、高精度数字温控电路和以数字滤波数据融合为核心的计算方法。论证了陀螺回路数字控制方案、陀螺模糊温度控制方案,确定出陀螺回路A/D采样频率应大于3000 Hz,高精度A/D转换器采样频率应大于500 Hz,且位数不应低于18bit。最后,展示了已经研制成功的3项试验结果:24bit A/D与陀螺和加速度计联机实测结果、CPU和24bit A/D间接口通讯逻辑接口和基于模糊控制的陀螺温控系统。

基于仿真的航测相机伺服系统设计

为了得到高精度的航测相机伺服系统,为实际系统实现提供理论依据,对该伺服系统进行基于仿真的设计。首先对控制对象直流力矩电机进行了建模,然后完成整个伺服系统框架的搭建,采用多种控制策略完成电流环,速度环,位置环的校正设计,并针对陀螺稳定回路中引入的飞机姿态的变化加入了前馈控制补偿。最后通过系统仿真,得到了较好的动静态性能。