光纤陀螺稳定平台控制系统的设计与实现
第40卷第3期压 电 与 声 光
Vol.40No.32018年6月
PIEZOELECTRICS &ACOUSTOOPTICS
Jun.2018
收稿日期：
2017-09-02
基金项目：国家重大科学仪器开发专项基金资助项目（2011YQ12004502）；国家自然科学基金资助项目（41404002，41574069，61503404） 作者简介：
程章（1992-），男，江苏泰州人，硕士生，主要从事惯性技术及应用。许江宁（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事惯性技术及应用的研究。
文章编号：
1004-2474（2018）03-0432-05光纤陀螺稳定平台控制系统的设计与实现
程 章，许江宁，吴 苗
（海军工程大学导航工程系，湖北武汉430033）
摘 要：
针对重力测量中海空重力仪需要时刻保持稳定的垂直指向的问题，设计了一种双环比例、积分、微分（PID ）
控制方法来控制平台水平，隔离外界扰动；针对力矩电机设计中存在死区的特性，提出了一种死区补偿函数，减小电机死区对控制精度的影响；针对双环PID 参数难以整定的问题，设计了一种优化的差分进化（DE ）算法，减小参数整定时的工作量。仿真和实测实验结果表明，
基于双环PID 控制和死区补偿的系统稳定性高，控制精度优于30″；改进DE 算法的参数整定性能优于遗传（GA ）算法和粒子群（PSO ）
算法，且计算量小。关键词：海空重力仪；光纤陀螺稳定平台；控制死区；双环比例、积分、微分（PID ）；差分进化算法；参数整定中图分类号：TN384 文献标识码：A D O I ：10.11977／j .
issn.1004-2474.2018.03.029D e s i g na n d I m p l e m e n t a t i o no f F O GS t a b i l i z e dP l a t f o r mC o n t r o l S y
s t e m C H E N GZ h a n g ，X UJ i a n g n i n g
，W U M i a o （De p t.of Navi g ation ，Naval Universit y of En g ineerin g ，Wuhan 430033，China ）
A b s t r a c t ：A double -loo p p ro p ortional ，inte g ral and differential （PID ）control method is desi g ned to control the p latform level and isolate the external disturbance in order to solve the p roblem that the seaborne and airborne g ra -vimeter need to maintain a stable vertical orientation at all times in g ravit y measurement.In view of the existence of dead zone in tor q ue motor desi g n ，
a dead zone com p ensation function is p ro p osed to reduce the influence of the motor dead zone on the control p recision.For the p roblem that the double -loo p PID p arameters are difficult to tune ，an o p -timized differential evolution （DE ）al g orithm has been desi g ned to reduce the workload of p arameter tunin g .The simulation and ex p erimental results show that the s y stem based on dual -loo p PID control and dead zone com p ensa -tion has hi g h stabilit y and the control accurac y is better than 30arc seconds.The p arameter tunin g of the im p roved DE al g orithm is su p erior over the GA al g orithm and PSO al g orithm ，and the calculation is less.
K e y w o r d s ：seaborne and airborne g ravimeter ；fiber o p tic gy rosco p e stabilized p latform ；controllin g dead zone ；double -loo p PID ；DE al g orithm ；tunin g of p arameter
0 引言
海空重力仪，即固联在舰船或飞机上，用于测量
重力的仪器设备［1］
。在测量过程中，必须保持重力
仪的垂直指向，所以，高精度的稳定平台是进行海洋和航空测量必不可少的仪器设备。陀螺稳定平台的精度主要取决于传感器，即光纤陀螺仪的精度和控
制系统的控制精度［
2］
两方面。光纤陀螺仪的精度主要取决于所选陀螺的器件误差和相应的校正算法，一般由厂家提供，在器件选定后很难更改。因此，本文研究的重点是设计一种适用于陀螺稳定平台的控制算法，
在外界具有扰动的情况下，保持平台水平，实现高精度的姿态跟踪。
在稳定平台的工作过程中，直流力矩电机在正、反转转换时，存在过流现象，为了保护电机，电机在零点附近存在一个死区；同时，双环比例、积分、微分（PID ）
整定的参数过多，工程上要花费大量时间。针对这些问题，本文设计了一种带死区补偿的双环PID 控制系统；同时，利用改进的差分进化（DE ）算法整定参数，最后将算法写入数字信号处理器（DSP ）
中，实现平台的控制。1 控制系统的设计
为了便于设计和研究稳定平台的控制系统，利
万方数据