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机抖激光陀螺单轴稳定平台控制技术研究

作　者: 蔡刚刚
导　师: 谢元平
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光陀螺自适应抖动剥除动态响应稳定控制 PID控制自抗扰控制现场可编程芯片
分类号: V241.558
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

机械抖动激光陀螺是最早进入实用、也是应用最为广泛的激光陀螺,已经在惯性导航、角度测量等重要领域取得广泛应用,但关于机械抖动激光陀螺在控制、跟踪方面的应用研究还很少。本文对机械抖动激光陀螺在单轴稳定平台控制中的应用进行了研究。论文主要工作如下:1.对LMS自适应算法在激光陀螺抖动剥除中的应用进行了研究,从带宽和失调两个方面对LMS自适应抖动剥除的滤波特性进行了分析。对LMS算法中误差因子响应特性对抖动剥除效果的影响进行了讨论,并将带通滤波器应用到抖动剥除中,对原始的LMS自适应抖动剥除算法进行了优化。2.基于现场可编程芯片(FPGA)实现了激光陀螺自适应抖动剥除的软硬件设计。为了便于进行对比试验和动态响应试验,进一步设计了双处理器自适应抖动剥除系统。3.对激光陀螺单轴稳定平台的模型进行了分析,并以FPGA和TMS320F2812为核心对稳定平台控制电路的软硬件进行了设计。为了简化系统软硬件设计、提高系统的可靠性,进一步设计了基于单片FPGA的平台稳定控制系统。基于Labview平台对自抗扰控制器(ADRC)在平台稳定控制中的应用进行了数值仿真,仿真结果表明ADRC具有很好的适应性和鲁棒性。4.进行自适应抖动剥除实验。分别采用原始的LMS算法、优化后的LMS算法、自锁相法进行了激光陀螺零偏测试和动态响应试验,给出了三种抖动剥除方法的动态响应曲线,验证了LMS自适应抖动剥除的零延时性,并对FIR低通滤波器位置以及步长因子大小对抖动剥除效果的影响进行了实验研究。5.分别采用FPGA+DSP控制系统与单片FPGA控制系统进行平台稳定控制实验。实验结果表明,机械抖动激光陀螺可以应用于稳定控制的场合。由于PWM波形产生模块和PID控制器参数的影响,对于基于单片FPGA的控制系统,其稳态精度要优于FPGA+DSP的控制系统,但动态精度要差于FPGA+DSP控制系统。

机抖激光陀螺单轴稳定平台控制技术研究

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