光纤陀螺惯性平台数字稳定回路设计
光纤陀螺监测系统设计
光纤陀螺监测系统设计摘要：为了监测光纤陀螺在运行过程中因电源电压、电流及陀螺环境温度变化而直接影响其使用精度甚至系统运行出现故障等问题，设计了一种基于DSP的实时自动数字监测系统，将监测到的陀螺运行状态数据通过LCD显示；将采集到的温度信号通过接口电路传递到温控系统；当监测到系统运行异常时可自动关闭系统以达到对陀螺的保护作用。
本系统提高了光纤陀螺的可靠性及安全性。
关键词：光纤陀螺；无缝接口； LCD显示；数字自动监测系统光纤陀螺(FOG)是以Sagnac效应为基础发展起来的新型全固态陀螺仪，是一种无机械转动部件的惯性测量元件，具有无运动和磨损部件、启动快、寿命长、体积小、质量轻、耐冲击、精度高、动态范围大等优越性能，广泛用于军事和民用工业等领域[1]。
光纤陀螺的性能受众多环境因素的影响，供电电压、电流及环境温度的变化是影响光纤陀螺性能的重要因素。
对于这些影响光纤陀螺性能的因素进行有效的监测，有助于系统的故障检测和提高陀螺的使用精度，更重要的是对系统起到了一种实时保护作用。
本文采用基于DSP的数字自动监测电路，分别对电源电压、电流以及环境温度进行实时监测，并且将监测到的数据通过接口电路发送到PC和温控系统以及LCD显示装置。
1 系统设计系统工作原理:通过对系统工作时的电源电压、电流及环境温度信号进行调理、A/D采样、滤波算法、待测值计算算法等处理后得出系统的工作状态。
电压信号通过信号调理电路后可以直接进行A/D采样；电流信号先通过电流/电压转换电路，再通过信号调理电路，最后经A/D采样；温度信号由温度传感器AD590获得，根据流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数：I/T=1即1 μA/K，串联一个电阻将电流信号转换成电压信号，A/D采样后,由电压与温度的关系得到温度值。
NTC热敏电阻测温时,主要原理是通过测得电阻值后，根据热敏电阻阻值与温度的关系转换成温度值，所以，本系统采用四臂电桥法[2]来测量热敏电阻的阻值。
光纤陀螺导航系统精度分析与性能优化
光纤陀螺导航系统精度分析与性能优化随着现代科技的发展，航空、航海、无人机等领域的高精度导航需求不断增加。
传统的机电陀螺导航系统已经无法满足高精度导航的需求，而光纤陀螺导航系统因其精度较高、体积小、重量轻、稳定可靠等优点被广泛应用。
本文将就光纤陀螺导航系统的精度分析和性能优化进行探讨。
一、光纤陀螺导航系统的原理光纤陀螺导航系统是利用光学陀螺的原理进行方向感测，这种陀螺结构由两个相交的光纤环形通道组成。
当环子被旋转时，光由管子中传送并检测出自转角速度，从而得出导航信息。
要确保这种陀螺的精度是，必须执行系统校准。
二、光纤陀螺导航系统精度分析方法目前，光纤陀螺导航系统的精度分析方法主要有传统红外干涉法和自校准反射法两种。
1. 传统红外干涉法传统红外干涉法就是将激光束分成两束，经过两个光学非定向器后，光线就会相交，并通过干涉来得出角偏差。
与机械陀螺相比，这种方法不仅精度高，而且稳定性也非常好。
但是，这种方法要求技术与设备非常高超，不易操作。
2. 自校准反射法自校准反射法是利用反光棱镜反射光束，从而根据干涉可测量角速率的方法，采用电子数字积分技术计算出所有幅值相位的差异。
这种技术优化了传统干涉法的速度和精度，但是在低频振动下仍然存在灵敏度问题。
三、光纤陀螺导航系统性能优化要想使光纤陀螺导航系统在高精度导航方面表现得更加优异，需要进行系统优化。
下面将从以下几个方面进行探讨。
1. 光纤陀螺信号采集与处理技术为了获得光纤陀螺导航系统的高精度导航输出，需要对光纤陀螺信号进行采集和处理。
传统的光纤陀螺导航系统主要采用模拟处理方式，即将采集到的光纤陀螺信号经模拟处理后再输出，这种方式的缺点是处理速度过慢，无法满足高精度导航的要求。
因此，目前光纤陀螺导航系统采用数字信号处理技术，如数字滤波、微处理等，提高了信号处理的速度和精度。
2. 光纤陀螺信号传输技术由于光纤陀螺导航系统采用光学检测措施，所以对光纤陀螺信号传输也提出了要求，即要求传输信号的高准确度、高速度、高精度等。
三种平台式惯性惯导系统介绍
高精度与稳定性
智能化与自主化
利用人工智能、机器学习等技术，实 现了系统的智能化和自主化，提高了 导航和定位的准确性和可靠性。
通过采用先进的惯性传感器、优化算法和误 差补偿技术，提高了系统的测量精度和稳定 性，满足了高精度导航和定位的需求。
面临的市场挑战与机遇
要点一
挑战
市场竞争激烈，技术更新换代速度快，需要不断投入研发 和创新；同时，用户对价格、性能、体积、重量等方面的 要求越来越高。
性能优势
具有高精度、高稳定性、自主导航能 力强等优点。在长时间导航过程中， 能够保持较高的导航精度和稳定性， 不受外界干扰影响。
应用案例与效果展示
应用案例
该系统广泛应用于航空、航天、航海等领域的导航和定位。例如，在导弹制导、飞机导航、潜艇定位等方面都有 广泛应用。
效果展示
在实际应用中，该系统表现出了优异的导航性能和稳定性。例如，在某型导弹制导中，采用该系统后，导弹的命 中精度得到了显著提高；在某型飞机导航中，该系统成功实现了远程跨洋飞行的高精度导航。
现状
目前，平台式惯性惯导系统已经广泛应用于航空、航天、航海、陆地车辆和机器人等领域。随着技术 的不断进步和应用需求的不断提高，惯性惯导系统正朝着高精度、高可靠性、小型化和低成本的方向 发展。
应用领域与市场需求
应用领域
平台式惯性惯导系统广泛应用于军事和 民用领域。在军事领域，它主要用于导 弹制导、飞机导航、潜艇导航和士兵定 位等。在民用领域，它则用于民航飞机 导航、船舶导航、陆地车辆导航和机器 人导航等。
03 第二种平台式惯性惯导系 统
系统组成与结构特点
组成部件
该系统主要由惯性测量装置、计算机 、控制显示器和稳定平台等组成。
现代光纤陀螺仪的设计和原理
这两束光的强度均应该是入射光强度的１／４，因为光学的可逆性的原理，它们相干以后的光强应该等于入射光的强度。从这里看，它们之间的相位差应该等于零。如果考察与入射方向成直角的另一个出口的情况，根据光学的可逆性，在这个出口上，光的总能量应该等于零。也就是说，在这个出口上，两束光之间的相位差为１８０度。这两束光一束是经过两次分光片的反射，另一束是经过分光片的两次透射。所以如果仅仅考察一次反射和一次透射的两束光，它们的相位差一定是９０度。
由于光纤耦合器的出射光的相位差问题，所以仅仅使用一个光纤耦合器的光纤干涉式陀螺仪存在自身相位漂移的现象。这种光纤干涉陀螺仪的原理图是这样的：一个发光二极管连接到一个光纤耦合器的结口１上，然后将耦合器的接口３和４连接到一个光纤圆环的两端，最后在接口２上接上一个光电探测器，这样应该就是一个简单的光纤陀螺仪了。因为光纤耦合器将光分解为两束，其中一束光在光纤环中沿顺时针方向传输，另一束沿逆时针方向传输。如果光纤环是静止的，那么两束光的光程完全相同，如果光纤环有各个角速度，则会产生一个光程差，从而在接收器形成光强的明暗的变化。但是应该指出在这种结构的安排中，沿顺时针方向的光在整个行程中，它经过了耦合器两次的反射，而沿逆时针方向的光在耦合器中确经过了两次的透射，所以在仪器中引进了自身存在的相位漂移现象。
因此在实际上光纤干涉陀螺仪的最基本的结构应该包含有两个光纤耦合器。也就是说在仪器中的在第一个光纤耦合器的后面还要再加上一个光纤耦合器。这样的安排保证了从不同方向前进的光将具有完全相同的光程和相位。为了保证两束光具有相同的极化方向，一般在两个耦合器之间还要加上一个极化偏振片，以保证在光纤中传输的仅仅是在一个方向上的极化的光束。但是在这种状态下光强和相位差的曲线的斜率值为零，因此当角速度比较小的时候，这种仪器的灵敏度很低。同时它也不能从光强的变化中识别陀螺仪的角速度的方向。为了解决这两个问题，可以在仪器中利用闭环系统引进一个预设的相位误差。这个相位误差是这样引进的：当逆时针方向的光刚刚进入环路的时候，利用一个压电式的触动器使一部分光纤的长度产生变化，而当顺时针方向的光束进入这个触动器时，则将这个信号除去，使光纤的长度保持不变。由于引进了这个附加的预定的相位差，这样可以使光纤干涉陀螺仪的相位零点偏置在９０度的位置上，在这个位置上，光强和相位差的曲线具有最大的斜率，这样不但可以极大地提高陀螺仪的灵敏度，而且可以从光强的变化中辨别光纤环的旋转方向。由于余弦函数在这个区间的斜率几乎是一个常数，所以在一个小的区间，光强的变化和陀螺仪的转速具有成正比的关系。这一点对于仪器的使用是一个极大的优点。
陀螺惯性平台数字稳定回路设计
路的设计 中，不光有光纤 陀螺、直流力矩 电机及校正网 络 ，其他 的各个 环 节都 可 以是 比例环 节 ，可 得稳 定 回路 另 外方框 图，设光纤陀螺 的传递 函数 （ Ｋｇ ｓ ）、校正 网络的 传递 函数 （ Ｈ（ Ｓ ） ）、回路总放大倍数 （ ｋ）。鉴于光纤陀 螺工作 中输 出的信号与其对角速度的敏感度构成正 比，因 此 ，只有在信号输 出端 口加上积分环节 ，才能使其与平台 稳定 回路 相 匹配 。 现 以内环轴作 为典 型案例 ，在忽略 校正网络的前提 下 ，平 台 系统的 开环 传递 函数 为 ：
ｍ 舡丽
光纤陀螺取代了气浮单 自由度陀螺仪 ，重新建立起了陀螺 惯性平台的数字稳定 回路 ，并具有气浮单 自由度陀螺仪所 不具备的良好的动态性能及稳态性能 ，不仅如此 ，新型惯
性 平 台 系 统 较 之 传 统 系 统 重 量 更 轻 、功 耗 更低 、 尺 寸 更 小 、价 格 更低 、寿命 更长 。
当干扰力矩是２ ８ ０ ０ ０ ｇ ． ｃ ｍ时 ，平 台的偏差角应该不大干２ ０ 毫分 。由系统的时域指标以及系统的频域指标之间存在的 关 系 可 得 ，需 提 高 系 统 的相 角裕 度 ，可 采 用 串联 超 前 校
１ ６ １ — —
－
步成 效 。
关键 词
陀螺 ；惯性平 台；光 纤陀螺 ；设 计；数 字稳 定回路
Ｄ ＯＩ ：１ Ｏ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ５ ． ０ ５ ２
．
本文研究的新型惯性平 台系统对传统的平台系统结构 做 出 了整改 ，传 统 的 平 台系 统结 构 主要 是 以 气浮单 自由度
凌思 LINS-F500型光纤陀螺惯性测量单元 说明书
LINS-F500型光纤陀螺惯性测量单元规格说明书无锡凌思科技有限责任公司LINS-F500光纤惯组技术指标1简介光纤陀螺作为一种新型全固态陀螺，具有启动快、测量范围广和可靠性高等优点。
其中，LINS-F500型光纤陀螺惯组是针对中等精度应用背景的需求，采用三轴共用技术设计，成本低、性能稳定；结构上采用光路、电路一体封装，结构简单，安装方便，可应用与小型导弹、制导炸弹的导航制导、姿态测量与控制等系统中。
1.1 应用范围该说明书仅适用于LINS-F500型产品，包含了性能指标、技术条件、外形尺寸及安装使用。
其中，技术条件包括产品的环境范围、电气性能、物理特征。
1.2 主要参数1.2.1 光纤陀螺仪主要性能指标：LINS-F500主要性能指标1.2.2 力学测试 1.2.2.1 正弦扫描振动陀螺按振动方向通过工装固定在振动台上，陀螺仪进行3个方向的正弦扫描，分别对应于X 轴、Y 轴、Z 轴方向。
振动步骤；振动台加激磁，给陀螺仪加电，预热一定时间后（陀螺启动时间），测试陀螺仪输出值，约5min ；进行正弦振动。
振动条件：20Hz-2000Hz ，扫描时间5min ，幅值4.2g 。
振动过程中，记录陀螺仪输出。
随机振动振动频率：20Hz~2000Hz 振动时间：各轴分别为5min 振动方向：X 、Y 、Z 轴 振动谱图：见附图1附图1振动谱图 指标要求：光纤陀螺在20HZ ～2000Hz 范围正弦扫频扫描无谐振；随机振动：振中零偏值与前后零偏平均值的绝对值≤0.1º/h ，振前与振后零偏差的绝对值≤0.05 º/h。
1.2.2.2 机械冲击按表2的要求。
表2冲击试验条件功率谱密度 0.06g 2Hz冲击过程中，产品处于通电状态，完成机械冲击产品，应能正常工作，冲击前后零偏差的绝对值≤0.05 º/h。
2. 通讯协议注：1. 加速度值单位是g，角速度值单位是弧度/秒，姿态角度单位是弧度.2. 串口配置是1bit起始位，8bit数据，无校验位，1bit停止位，默认波特率1152003、接线定义4、产品外形尺寸LINS-F500 IMU外形尺寸图。
光纤陀螺仪导航精度提高方案讨论
光纤陀螺仪导航精度提高方案讨论导航系统在现代社会的生活中发挥着重要作用，越来越多的人依赖于导航系统进行准确的位置定位和导航引导。
光纤陀螺仪是一种基于光学原理的惯性传感器，可以感知旋转运动，并利用这些信息来确定位置和姿态。
为了提高光纤陀螺仪的导航精度，我们需要考虑以下几个方面的改进方案。
首先，提高光纤陀螺仪的稳定性和精确性是提高导航精度的关键。
为了实现这一目标，可以采取一些措施来减小测量误差和传感器漂移。
一种方法是优化光纤陀螺仪的硬件设计，例如通过改进光纤光圈的结构和材料，以提高光纤陀螺仪的灵敏度和响应速度。
此外，还可以采用温度补偿和振动隔离技术来降低外界环境因素对光纤陀螺仪测量结果的影响。
其次，使用多传感器融合技术可以进一步提高光纤陀螺仪的导航精度。
多传感器融合技术是指将不同类型的传感器数据融合在一起，以获得更准确和可靠的导航信息。
在光纤陀螺仪的导航系统中，可以与其他惯性传感器（如加速度计）、全球定位系统（GPS）和地磁传感器等结合使用。
通过综合多种传感器的测量结果，可以降低各种传感器的不确定性，提高导航系统的鲁棒性和精度。
此外，使用先进的信号处理算法也是提高光纤陀螺仪导航精度的重要方法。
传感器数据处理中的滤波和数据融合技术能够减小噪声干扰和漂移误差，并提取出导航所需的有用信息。
光纤陀螺仪的信号处理算法应该结合陀螺仪的特点，对数据进行滤波和校正，以减小系统误差和提高导航精度。
同时，还可以应用自适应滤波、卡尔曼滤波和粒子滤波等高级算法来进一步优化导航性能。
最后，光纤陀螺仪导航精度提高方案还需要考虑导航系统的校准和定期维护。
校准是指对光纤陀螺仪的测量误差进行调整和修正，以保证测量结果的准确性。
校准应该定期进行，并根据工作环境的变化和光纤陀螺仪的使用情况进行调整。
此外，还应该对光纤陀螺仪进行定期的检验和维护，以确保仪器正常工作和准确测量。
总结起来，为了提高光纤陀螺仪的导航精度，需要采取一系列的方案，包括优化光纤陀螺仪硬件设计、使用多传感器融合技术、应用先进的信号处理算法以及定期校准和维护导航系统。
光纤陀螺的结构
光纤陀螺的结构
光纤陀螺是一种基于光学原理的精密仪器，主要用于测量角速度和角位移。
它由光纤传感器、光路系统、控制电路和机械支持结构四部分组成。
光纤传感器是光纤陀螺的核心部件，它由两个光纤环组成。
当光纤环中的光纤被激光器发出的激光束照射时，光纤会发生干涉，产生干涉条纹。
当光纤陀螺旋转时，由于科里奥利力的作用，光纤环的长度会发生微小变化，干涉条纹也会产生相应的位移。
通过测量干涉条纹的位移，就可以计算出光纤陀螺的角速度和角位移。
光路系统包括光源、分光器、合束器、光电探测器等组件。
光源发出的激光束通过分光器被分成两路，分别经过两个光纤环，然后再通过合束器合成一路光束，最后被光电探测器接收。
光路系统的设计和优化对光纤陀螺的性能有着重要的影响。
控制电路是光纤陀螺的智能核心，它通过对光纤传感器的干涉信号进行采样、滤波、放大、数字化等处理，最终计算出光纤陀螺的角速度和角位移，并将数据输出到显示屏或计算机上。
控制电路的设计和优化是光纤陀螺能否实现高精度测量的关键。
机械支持结构是光纤陀螺的物理支撑和保护装置，它通过采用高强度材料、精密加工和优化结构设计等手段，保证光纤陀螺在复杂环境下能够稳定运行，并且能够承受外界的冲击和振动。
光纤陀螺是一种高精度、高稳定性的角速度和角位移测量仪器，它广泛应用于导航、惯性导航、航天、地震、工程测量等领域。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，光纤陀螺的性能和应用范围还将不断扩展和提升。
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图 3 稳定回路结构方框图
以内环轴为例, 当不考虑校正网络时 , 系统的开 环传递函数为 K gK /C e G ( S )= S (T e S + 1) (Tm S + 1 ) 将已知参数代入式 ( 1) 并化简, 可得: 381 200 G ( S )= 3 2 0 . 007 03S + 7 . 031S + S ( 1)
图 4 未校正系统的开环对数频率 特性曲线
2 数字校正网络的设计与实现
该平台系统要求在单位阶跃作用下 , 稳定回路 响应的超调小于 30 % , 调节时间小于 0 . 2 s, 振荡次 数小于 2 ; 在常值干扰力矩为 28 000 g! c m 时 , 平台 偏差角小于 20∀ 。根据系统时域指标与频域指标的 关系 , 可知系统期望的相角裕度为 45 , 截止频率在 160 rad / s左右。因此 考虑首先采用串联超 前校正 来提高系统的相角裕度。
0 引言
惯性平台系统是导弹控制系统的主要部件之一, 它为制导系统和姿态稳定系统提供测量基准。现有 的三轴陀螺稳定平台系统采用静压气浮 ( 或静压液 浮 )单自由度陀螺仪作为敏感元件, 敏感台体在干扰 力矩作用下产生的角速度信号 , 输出与输入角速度的 两 次积分成比例的交流电压信号。 但是这种惯性仪
[ 6]
; 2) DSP 凭借对外围器件高
度集成的结构特性 , 可以用软件来实现校正网络 , 减 少系统的硬件组成 , 增加系统的可移植性。 2 . 3 . 1 校正网络的离散化 设 U ( s) 为光纤 陀螺的输出, Y ( s) 为校正网络 的输出。超前和滞后校正环节的传递函数均可表示 成如下的形式 : H ( s)= 则有 Y ( s)= U( s)H ( s)= U ( s) 写成微分方程为 Tp dy ( t) du( t ) + y ( t)= mTp + mu ( t) dt dt y ( k ) - y ( k - 1) + y ( k )= mTp ∃ T ( 12) ( 11) mTp S + 1 TpS + 1 ( 10 ) mTp S + 1 TpS + 1 ( 9)
图 7 常值干扰力矩响应曲 线
( 7)
2 . 3 数字校正网络的实现 传统的校正网络设计通常采 用模拟电路的形 式, 硬件结构复杂, 调试困难。本系统借助于光纤陀 螺内部的 TM S320F206DSP 处理芯片设计数字校正 网络主要有两大优势: 1) 凭借 DSP 处理芯片高速 运算的能力, 可使数值运算获得更准确的控制值和 更快的系统响应速度
宁 ( 1982- ), 男 , 江 苏丰县人 , 硕士生 , 主要从
事测试计量技术及仪器方面的研究。
1 光纤陀螺惯性平台稳定回路组成及
132
电光与控制
第 14 卷
建模
[ 3- 5]
光纤陀螺惯性平台采用三轴稳定结构 , 忽略轴 间的耦合作用, 可以看成是由 3条独立的稳定回路组 成。每条回路主要由敏感元件、 中间装置、 执行机构 和稳定对象等几部分组成。结构原理图如图 1所示。
( T he Second A rtillery Engineer ing Colleg e, X i an 710025 , Ch ina )
In order to pro lo ng the operation life of a m issile tra in ing in ert ia l platform, a new schem e for
1 /Tp b和 1 /bT pb 的几何中心。经计算得 b = 0. 1 , Tpb= 0 . 625 。所以滞后校正环节的传递函数为 0 . 062 5S + 1 0 . 625S + 1 经超前滞后校正以后的系统开环传递函数为 H 2 ( s)= G ( S )= 381 200( 0 . 028 S + 1) ( 0 . 062 5 S + 1) 3 2 (0 . 007 03 S +7 . 031 S + S)(0 . 001 4 S + 1) ( 0 . 625 S + 1) ( 8) 经综合校正后系统的开环对数频率特性曲线如图 5 所示。从图 5 中可以看出系统的相角裕度为 50 . 8、 截止频率为 152 rad / s 。 系统单位阶跃响应的仿真 曲线如 图 6 所示 , 可 以 看到 系 统 的超 调 为 % = 28% , ts = 0 . 057 5 s。系统 在常值干扰力矩 28 000 g! cm 作用下系统响应仿真曲线如图 7 所示。最大 动态误差为 2 . 52 ∀ , 稳态误差为 0 . 54 ∀ , 趋于稳定的 时间小于 0 . 5 s , 满足系统要求。
第 1 4卷 第 3期 2007 年 6 月
电光与控制 ELECTRON ICS O PT ICS & CONTROL
V o.l 14 N o . 3 Jun . 2007
文章编号 : 1671- 637X ( 2007) 03- 0131- 05
光纤陀螺惯性平台数字稳定回路设计
孙 宁, 刘洁瑜 , 周小刚, 赖小明,
经超前校正后的系统开环传递函数为 G (S )= 381 200 ( 0 . 028S + 1 ) 3 2 (0 . 007 03 S + 7 . 031S + S ) ( 0 . 001 4 S + 1) ( 5)
校正后系统的幅值裕度 h = 0 . 252 dB , 相角裕度 =0 . 803 , 截止频率 w c = 796 rad/ s, 虽已稳定但达不到系 统的要求, 还需要滞后校正的高频衰减作用将系统的 中频段衰减到 0 dB , 来提高系统的相角裕度。
710025)
蔚国强
( 第二炮兵工程学院 , 西安
摘
要:
为了延长某型导弹训练惯性平台的使用寿命, 提出了组建光纤陀螺惯性平台稳定系
统的设计方案。 该新型惯性平台系统在原有平台机械结构的基础上 , 采用干涉式光纤陀螺代替原 有的气浮单自由度陀螺仪作为惯性平台的敏感元件。 重新建立了平台系统稳定回路的数学模型, 并运用经典博德图方法设计了系统的校正网 络, 给出了基于 DSP 的数字校 正网络的实现 方法。 Si m ulink仿真结果表明, 该数字稳定回路具有较好的动态性能和稳态性能, 能够满足系统的设计要 求 。经初步实验验证 , 该光纤陀螺惯性平台系统已实现功能要求。 目前该方案已应用于某型导弹 的平台改造研制中。 关 键 词: 光纤陀螺; V 241 . 59 惯性平台 ; 数字稳定回路 A 中图分类号 : 文献标识码:
D esign of a d igita l position stabilization loop for FOG inertial p latform
SUN N ing , Abstract : LI U Jie- yu , ZHOU X iao - gang , LA I X iao- m ing , YU Guo- q iang
此时系统的开环对数频率特性曲线如图 4所示。 从图中可以看出系统的相角裕度为 - 12 . 9 , 幅值裕度 为 - 51 . 6 dB。显然系统不稳定, 需要进行校正。
图 1 光纤陀螺平台稳定回路结构原理 图
当某一干扰力矩 M f 作用在台体框架轴上时, 相 应的光纤陀螺就会敏感到该轴的转动角速度, 并输出 相应的调宽信号 , 该信号经功率放大器输出后驱动直 流力矩电机, 产生电机力矩 M d, 抵消作用在台体框架 轴上的干扰力矩 , 使平台稳定在惯性空间。 由直流力矩电机的工作原理可得其控制方框图 如图 2 所示 , 其中 : Tm 为电机的机械时间常数 ; T e 为 电机的电气时间常数; C m 是电机力矩系数 ; C e 是电 机反电势系数; R a 是电机电枢的电阻。
由于未校正时系统的相角裕度为 - 12. 9 , 期望 的相角裕度为 45 , 故取超前校正 环节提供的最大 相角为 65 , 在 w = 160 rad / s时取得此值。由此计算 出 a = 20 . 82 , T pa= 0 . 001 4 。所以超前校正环节的传 递函数为 H 1 ( s)= 0 . 028S + 1 0 . 001 4S + 1 ( 4)
construct ing F ib er- Optic Gyroscope( FOG) in ertia l platfor m stab ilization syste m w as presen ted . Based on the orig ina lm ach in e structure , in terference FOG w as u tilized as the sensor o f the in ert ial platfor m in place of air bearing, sin gle DOF gyroscope . The m ode l of stabilization loop w as reestab lished . T he correction net w as desig ned by the trad it io na l Bode P lot m ethod . T he i m plem entation m ethod based on th e DSP correction net prin ciple w as also provided . T he Si m u link si m ulation results indicate th at th is dig ital position stabiliza t io n lo op has high dynam ic capab ility and stability wh ich can m eet the desig n dem ands. The structure o f the new p latfor m system is si m p le and debugging is easy . P ri m ary experi m ent resu lts ind icate that the sys te m m ay satisfy the basic function requ irem en. t K ey w ords: fib er optic gy roscope; in ert ia l p latfo r m; dig ita l posit io n stabilization loop