多输入多输出正弦扫频试验控制方法研究及实现

振动环境试验是检验产品质量和可靠性的必须途径,对于一些大型的结构,单点振动试验不能充分模拟产品的使用环境,这就需要多点振动试验来模拟,其中多点正弦扫频试验是一个很重要的部分。本文根据多输入多输出系统的控制理论,基于正弦振动的基本特性,设计了多输入多输出正弦扫频试验控制系统的控制方案,同时给出控制修正的具体办法。并且对控制算法进行了仿真,实现了驱动信号发生、响应信号的采集和处理以及控制过程模拟,检验了算法的可行性。结果表明,算法可以使控制点的响应信号快速、稳定地收敛于参考信号,验证了本文设计的多输入多输出正弦扫频试验控制系统的有效性。     

激光陀螺闭环抖动控制技术研究

从激光陀螺抖动控制的基本原理入手,详细介绍了一种激光陀螺抖动闭环控制的新方法。该方法通过引入全球定位导航系统中信号跟踪解调的思想,使输出的抖动驱动控制信号的频率和相位与激光陀螺抖动反馈信号的频率和相位相等,从而来维持激光陀螺的闭环抖动。该种抖动控制方法既具有模拟正弦驱动信号噪声小、谐波小和能量损失小的优点,同时还具有方波驱动易于数字化实现和方便加入噪声的优点。最后通过仿真分析和试验,验证了提出的闭环抖动控制方法的可行性。     

多输入多输出随机加正弦控制系统研究

针对多输入多输出随机加正弦振动控制试验,首先阐述了控制算法的理论框架,然后采用相关积分法完成正弦信号和随机信号的分离,并分别对随机信号进行自功率谱控制,对正弦信号进行幅值修正,完成闭环控制。文中进行了算法仿真和实验验证,结果表明,本文算法能以高精度分离多点正弦和随机信号,分别满足二者的控制目标。     

激光陀螺实时抖动解调方法研究

为了实现激光陀螺实时抖动解调,与陀螺输出信号同步采样抖动反馈信号,并设计算法将两个信号的抖动分量相位和幅度对准,然后执行抖动剥除运算。这种实时解调算法不仅计算量小,而且没有附加相位延迟。     

小波包与PNN在抖动控制电路故障诊断中的应用

抖动控制电路是激光陀螺仪的重要组成部分,电路一旦发生故障,激光陀螺仪的输出信息也会随之出现错误。因此,有必要对抖动控制电路的故障诊断技术进行研究。基于不同故障模式下各频段能量的改变,提出了基于小波包频带能量谱和概率神经网络(PNN）的故障诊断方法。采用小波包分解提取各频段的能量信号,将其作为故障特征向量,利用PNN强大的非线性映射能力,以PNN作为分类器,对实验样本进行学习和测试。实验结果证明,所提方法可以较高精度识别出实验中的12种故障模式。     

基于FPGA的FIR滤波器设计与实现

本文根据激光陀螺仪信号的解调原理,提出了一种利用数字信号处理技术并采用FPGA实现的解调方法。分析了FIR滤波器的工作原理,根据激光陀螺仪对滤波器的要求,给出了由FPGA设计实现FIR滤波器的基本原理,并利用IP核实现了FIR滤波器,满足了激光陀螺仪的需求。通过在国产激光陀螺仪上的应用,验证了方案的正确性。通过对激光陀螺仪脉冲计数的高速采样并利用数字滤波器处理,可以有效的消除抖动引起的信号噪声,得到所需要的惯性信息。采用FPGA设计实现,可以提高运算速度,并且可以缩短数据采样的延时。     

基于数值微分计算的SERF原子自旋惯性测量动态仿真

基于量子调控技术的SERF原子自旋惯性测量仪表与传统惯性测量仪表相比,具有精度高、无活动部件、对加速度不敏感等优点,被公认是下一代高精度惯性测量的发展方向。分析了SERF原子自旋惯性装置Bloch微分方程组模型下磁场、激光、角速度输入对碱金属电子极化率和惰性气体核子极化率的影响。针对实验条件下原子系综Bloch微分方程组难以解析求解的问题,基于可变阶次数值微分计算,建立了相应的Simulink模型对实验条件下的原子系综进行数值求解,并分析了极化率对光场、磁场、角速度输入的瞬态响应与稳态响应。仿真结果与理论计算结果相吻合,验证了Bloch方程数值求解的可行性与准确性。该方法可得到惯性测量系统的动态响应,可用于模拟复杂输入下的SERF原子自旋惯性测量系统的输出响应。     

提高机械抖动式激光陀螺工作可靠性方法研究

闭锁效应是激光陀螺重要的误差因素,为消除该误差因素机械抖动偏频是目前广泛应用的偏频方案,提高抖动系统的工作可靠性对于提高激光陀螺仪的工作可靠性至关重要,本文对抖动回路的工作原理和设计方法进行了研究,并提出了利用强制抖动工作方法来确保其可靠起振,可大大提高抖动系统的工作可靠性。     

基于机械抖动激光陀螺仪的动态误差分析

机抖激光陀螺仪是目前应用最为广泛的激光陀螺,是实现应用捷联惯导系统进行导航的理想惯性仪表,研究激光陀螺仪的误差因素,并通过软件进行补偿提高其精度,对提高捷联惯导系统的精度具有重要意义。相对于研究已经较为成熟的静态误差,对动态误差的研究仍较少。针对激光陀螺的动态误差,通过分析在动态环境中抖动机构的输出对二频机抖激光陀螺输出的影响,建立了动态误差模型,为激光陀螺动态误差的研究提供了理论储备,具有一定的工程应用价值。     

总体最小二乘法在NGMIMU静态解耦中的应用

无陀螺惯导系统的线性耦合是一种严重影响测量精度的系统误差。根据无陀螺惯导系统的耦合特性和总体最小二乘法 (TLS)的性质提出了一种全新的线性解耦算法 ,该算法在解算耦合系数时同时考虑了加速度计的输出误差和标定信号的输入误差 ,得到耦合系数的TLS解对输入值和输出值同时具有范数最小 ,然后用求得的耦合系数对加速度计输出进行重构 ,从而实现解耦。仿真结果表明经该算法解耦后的角速度测量值解耦误差率在 8%以下 ,解耦效果较好 ,验证了该算法的有效性。     

激光惯组结构系统陀螺抖动性能确定方法与应用

当二频机抖陀螺相对于其安装基座的抖动幅度较小时,偏频技术不能很好消除锁区的影响,陀螺精度将降低,甚至停止抖动失去功能。激光陀螺抖动性能与结构密切相关,给出了激光惯组箱体减振器本体抖轮陀螺体系统的激光陀螺抖动多体动力学模型及关键参数识别方法,能够根据激光惯组的结构、减振设计方案计算陀螺抖动性能,进而选取合适参数及结构布局解决激光惯组系统陀螺抖动效率差的问题。最后,通过型号实际问题分析验证了该方法的准确性及工程实用性。     

激光陀螺机械抖动偏频对等效转动矢量姿态计算的影响

研究了激光陀螺机械抖动偏频影响等效转动矢量姿态计算精度的机理。用双子样N次迭代算法推导了载体实际姿态角运动与机械抖动发生谐振时产生的姿态计算误差项,指出其误差作用机理与惯性导航比力方程计算中划摇误差的相似性。针对三轴激光陀螺共一个机械抖动轴和3个单轴激光陀螺构成惯性组合两种情况进行了讨论。根据对静态条件下惯性组合中激光陀螺采样信号的功率谱密度分析,指出当采样频率较低时,会产生与抖动有关的低频周期分量,与低频的载体姿态运动谐振将产生姿态计算误差,应尽量提高采样频率及等效转动矢量计算频率。     

基于自回归与最小均方理论的振动环境下 光纤陀螺仪滤波方法

针对振动应力下光纤陀螺产生测量误差增大的问题,从振动对光纤环的影响机理出发,分析了振动应力下光纤陀螺干涉信号的表现形式,提出了基于自回归最小均方滤波理论的光纤陀螺滤波方法,将AR模型的平稳性和最小均方根滤波的自适应性相结合,提取平稳数据的特性参数,对高频信号进行滤波,降低非互易相移产生陀螺角速度误差值的干扰.试验表明,该方法简单可行,有效地降低了振动应力下光纤陀螺输出信息的噪声,抑制了由振动引起的陀螺漂移.     

陀螺动力学系统计算机仿真

推导出了适于计算机仿真的陀螺完整运动方程式并给出了仿真曲线,可看出在外力矩作用下陀螺仪从起动到稳定这一段时间内的转动角速度和转角的变化规律。通过降低陀螺转速并减小外力矩,使无锁紧机构的陀螺仪消除起动时的剧烈抖动而达到平稳起动的目的。     

激光陀螺及其误差补偿

 本文介绍国外研制环形激光陀螺(RLG)的经验和现状,把误差产生机理及其补偿方法作为研究重点,这是取得成果的基础。机械抖动偏频技术有优点,得到了广泛应用,但在精度上尚不能满足精密惯性导航的要求。近年来国外正在研究的速率偏置技术显著地降低了RLG的随机误差,并可补偿常值漂移。本文讨论了这一技术的优点。     

一种基于NGA-QPF的航天器姿态估计方法

针对航天器姿态确定中的非线性非高斯的滤波问题,提出一种基于遗传算法的粒子滤波的航天器姿态估计方法。该方法将姿态四元数作为采样粒子进行粒子滤波,并将小生境遗传算法（NGA）引入粒子滤波算法中,以改善粒子滤波的性能;用遗传算法单独进行陀螺偏差估计,以减少粒子滤波的状态维数。该姿态估计方法保持了四元数的归一化性质,通过引入小生境遗传算法解决了重采样阶段的粒子退化问题,并且由于单独估计陀螺偏差避免了粒子滤波状态的扩展。该方法能够在较少粒子的情况下实现高效率高精度的定姿,仿真结果说明了方法的有效性。     

高精度激光陀螺仪温度补偿模型研究

在实际工程中,高精度激光陀螺仪的输出零偏会随着温度变化发生漂移,限制了其应用。为了降低和补偿温度对陀螺零偏的影响,提高陀螺应用性能,降低装备成本,从探究温度对输出零偏的影响因素出发,建立了一种考虑多影响因素的温度补偿模型,并设计了相应的温度试验。试验结果表明,高精度机抖激光陀螺的零偏和温度、温变速率、温度梯度具有较好的相关性和重复性,该温度补偿模型补偿效果显著,可基本消除零偏随温度变化的趋势,有效降低武器装备对零部件的要求,能够降低应用成本,具有很强的实用价值。     

一种双轴旋转惯性导航系统的重要参数快速自标定方法

为了提高双轴旋转惯导重要参数标定的快速性和精度,提出一种快速自标定方法。通过设置不同的标定路径可以在10 min内完成陀螺和加速度计的零偏以及标度因数误差的标定。该方法利用基于姿态误差观测的卡尔曼滤波完成陀螺零偏的估计。通过六位置翻滚并以速度误差作为观测量进行卡尔曼滤波,完成加速度计的零偏及标度因数误差的标定。使天向陀螺绕方位轴旋转4周,使水平陀螺绕水平轴转动4周,通过计算旋转前后的姿态误差完成陀螺标度因数误差的估计。仿真和试验结果表明,该方法可以实现双轴旋转惯导重要参数10 min内完成自标定,且具有较高的精度。     

机抖激光陀螺捷联系统动力学建模及结构动特性设计方法

机抖激光陀螺捷联系统普遍采用抖频偏频技术消除闭锁效应的影响,这使得激光惯导成为自带激励源的动力学系统,动力学系统结构参数的设计将影响陀螺抖动效率和陀螺测量精度。在陀螺抖动驱动力条件下,建立了包含激光惯导箱体、惯性测量本体、陀螺、减振器、抖轮在内的较为完整的动力学模型,给出了该模型的解答过程和Matlab仿真计算结果,讨论了不同结构参数对抖动效率及惯导精度的影响规律,并在此基础上提出了激光惯导结构基于动特性设计的原则和方法。经验证,该方法能够有效指导结构转动惯量等参数设计,提高了设计质量,有效避免了激光惯导由结构设计不足而导致的动力学问题。     

一种新型机载对地观测用三轴稳定平台陀螺安装方式

陀螺安装方式及相应的算法编排是稳定平台设计中的一项关键技术。针对机载对地观测用三轴稳定平台特点,提出了将方位陀螺安装在方位环上,俯仰陀螺和横滚陀螺安装在俯仰环上的陀螺安装方式。利用空间矢量分解理论分析了陀螺输出角速度信号的投影关系及电机控制信号的分配;基于稳定平台系统模型,对理想正交情况和考虑陀螺安装误差情况进行了仿真分析,验证了此种安装方式的可行性和优越性。分析表明,在同等条件下,所提出的安装方式减小了稳定平台的机械尺寸,降低了稳定平台的重量和功耗,实现了三维角速度的正交测量,简化了三轴解耦控制算法。研究结论可为其他三轴稳定平台结构设计和陀螺安装方式设计提供参考。