基于自適應控制的硅微機械數(shù)字化陀螺儀系統(tǒng)設計.pdf

1、硅微機械陀螺儀因具有體積小，重量輕，功耗低等優(yōu)點，在軍民領域均有著重要應用價值和廣泛的應用前景。經(jīng)過二十余年的發(fā)展，硅微機械陀螺儀的傳統(tǒng)測控算法已經(jīng)比較成熟，近年來國內外多位學者對在硅微機械陀螺儀上運用新型的控制算法進行了研究。其中，部分文獻對模型參考自適應算法進行了描述。這種自適應控制算法通過將陀螺儀的工作狀態(tài)與參考模型進行對比，能夠實時地對包括輸入角速度在內的陀螺儀部分關鍵參數(shù)進行估計，并且計算出適當?shù)姆答伭Σ⑤敵觯瑥亩_到控制陀螺

2、儀并測量角速度的目的。各文獻中并沒有描述將這種算法實際運用于硅微機械陀螺儀中，大部分研究停留在理論推導和算法仿真階段。因此本文以實驗室現(xiàn)有的Z軸雙線性振動音叉式硅微機械陀螺儀為研究對象，展開將模型參考自適應控制算法運用于硅微機械陀螺儀數(shù)字化系統(tǒng)中的方案研究，研究工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)分析已有的硅微機械陀螺儀的結構特點與動態(tài)特性，選擇合適的模型參考自適應算法對其進行控制，設計論證整體的系統(tǒng)算法框架。綜合考慮實際情況中

3、耦合系數(shù)不對稱，旋轉模態(tài)的激發(fā)以及其陀螺儀工作穩(wěn)定性和信號檢測的影響，參考模型在數(shù)字電路中的實現(xiàn)與運用等問題，以Lyapunov穩(wěn)定性等標準，對算法的各模塊進行重新設計和論證。
　　(2)以Simulink和DSPbuilder為仿真工具，對整套系統(tǒng)的算法進行仿真，并驗證了部分關鍵系數(shù)對其測量精度，測量帶寬，階躍相應等性能的影響，并以此為依據(jù)對這些參數(shù)的取值進行優(yōu)化。進行DSPbuilder的仿真時，在RTL級上對自適應算法進行描

4、述，即確定其每個部分實現(xiàn)的位數(shù)，截斷，各模塊的層次以及相互關系，以及算法使用的時鐘等。同時仿真了系統(tǒng)在陀螺儀參數(shù)突變等極端情況下的輸出以測試算法的穩(wěn)定性與魯棒性。
　　(3)設計并制作適用于選定的陀螺儀表頭和自適應控制算法的模擬前端接口電路和以FPGA芯片為核心器件的數(shù)字信號測控電路板，以DSPbuilder仿真中確定的算法結構與參數(shù)為依據(jù)，通過Verilog HDL語言將算法編寫在數(shù)字板的FPGA芯片中，實現(xiàn)對算法的實驗驗證。測