CN109254536A - 一种高动态陀螺误差控制仿真装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于角速率陀螺技术领域，其目的是为了克服经验判断法和试凑法设计的高动态陀螺控制回路的研发成本高、研制周期长等缺点。发明了一种可用于高动态陀螺的误差控制仿真装置。该装置包括宿主机一台，目标机一台，驱动电路一套，高精度转台一台。该装置利用宿主机建立高动态陀螺的控制模型和控制算法，对模型和算法进行编译并将编译后的代码上传至目标机中，目标机根据宿主机上传的信息控制驱动电路和高精度转台，完成对高动态陀螺的各控制回路设计。本发明误差控制仿真方法取代了传统的经验判断和试凑法，提高了验证分析的能力和准确性，而且大大的缩短了钟形振子的设计周期，从而缩短了整个高动态陀螺开发的时间，为高动态陀螺的合理设计提供了依据。
Description
技术领域
本发明属于角速率陀螺技术领域，具体涉及一种高动态陀螺误差控制仿真装置。
背景技术
陀螺作为敏感载体角运动的惯性器件，是惯性导航、制导的核心部件。基于哥氏力原理的振动陀螺具有所有的惯性品质，其在惯性技术领域的地位越来越重要，已被人们当作新一代的惯性仪表受到广泛的关注。在科学技术发展和市场需求的推动下，各种振动陀螺相继出现。目前，最为广泛的振动陀螺按照结构划分，包括：壳体振动陀螺(ShellVibratory Gyro)、环形振动陀螺(Ring Vibratory Gyro)、盘式振动陀螺(Disk VibratoryGyro)和梁式振动陀螺(Beam Vibratory Gyro)。
这些陀螺均是利用哥氏效应，通过敏感驻波振型的进动，来检测输入角速率。在传统的哥氏振动陀螺当中，主要涉及到振子的振幅控制回路、速率控制回路、频率控制回路、正交控制回路。授权号为：ZL201010215745.1，发明名称为：钟形振子式角速率陀螺的专利，提供了一种高动态陀螺，该高动态陀螺是一种基于哥氏力原理的振动陀螺，其敏感器件采用熔融石英材料的钟形谐振子，采用静电激励、电容检测，其激励电极安装在振子壳外罩上，在该专利中介绍了陀螺的整体结构、电路系统，但是没有给出高动态陀螺的控制回路设计方法，而高动态陀螺的核心技术之一，就是控制回路设计。而目前的控制回路设计方法都是验判断法和试凑法，带来的缺点为研发成本高、研制周期长。
发明内容
本发明的目的是为了克服经验判断法和试凑法设计的高动态陀螺控制回路的研发成本高、研制周期长等缺点，提供一种高动态陀螺误差控制仿真装置，用于对高动态陀螺的控制回路进行仿真分析，确定控制回路参数。该装置缩短了钟形振子的设计周期，从而缩短了整个高动态陀螺的开发时间。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高动态陀螺的误差控制仿真装置。该装置包括宿主机一台，目标机一台，驱动电路一套，高精度转台一台，高动态陀螺一台。该装置利用宿主机建立高动态陀螺的控制模型和控制算法，对模型和算法进行编译并将编译后的代码上传至目标机中，目标机根据宿主机上传的信息控制驱动电路和高精度转台，完成对高动态陀螺的各控制回路设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的高动态陀螺误差控制仿真装置，利用误差控制仿真方法得到高动态陀螺的实际回路运行状态，提高了控制回路设计速度；
(2)本发明提供的高动态陀螺误差控制仿真装置提高了验证分析能力和准确性，为钟形振子的合理设计提供了依据；
(3)本发明提供的高动态陀螺误差控制仿真装置，通过误差控制仿真方法得到高动态陀螺控制回路，从而优化了高动态陀螺控制回路设计方案，提高了高动态陀螺制作的成功率，节约了产品材料；
(4)本发明提供的高动态陀螺误差控制仿真装置可以得到指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出结构设计的经验，从而归纳形成设计的规范和标准。
附图说明
图1为高动态陀螺误差控制仿真装置原理框图；
具体实施方式
高动态陀螺的原理是利用发生谐振的钟形振子旋转时引起的振型角度的进动，来确定陀螺基座绕惯性空间旋转的角度。为使钟形振子能产生环向波数n＝2的理想振型，必须准确地控制钟形振子的激振频率，而这一频率正是钟形振子在该振型下的固有频率，同时还要控制钟形振子产生合理振型。因此我们就要对高动态陀螺的控制回路进行合理设计，使得到的钟形振子能产生理想振型，敏感外界输入角速率。
本发明提供的一种高动态陀螺的误差控制仿真装置。包括宿主机(1-1)，目标机(1-3)，驱动电路(1-5)，高精度转台(1-10)，高动态陀螺(1-7)。该装置利用宿主机(1-1)建立高动态陀螺的控制模型和控制算法，对模型和算法进行编译并将编译后的代码上传至目标机(1-3)中，目标机根据宿主机上传的信息控制驱动电路(1-5)和高精度转台(1-10)，完成对高动态陀螺的各控制回路设计。
宿主机(1-1)中，建立有高动态陀螺的控制模型和控制算法，其控制模型为：
其中，k为进动因子；n为唇缘振动的模态阶数；x在cos(2θ)轴向上的位移；y在sin(2θ)轴向上的位移；fx施加在cos(2θ)轴向上的激励力；fy施加在sin(2θ)轴向上的激励力；Ω为轴向输入角速率；ω1为激励模态频率；ω2为检测模态频率，同时并有：θω振型与一阶模态轴间夹角；g相关耦合系数。τ1，τ2理论时间延时常数控制算法选取典型的PID控制算法。
对模型和算法进行编译。将编译好的机器代码通过以太网连线(1-2)上传到目标机(1-3)中。其中，宿主机(1-1)中运行有桌面操作系统，方便建立高动态陀螺的控制模型和控制算法；以太网连线(1-2)选取100MB速率的以太网工业线缆，保证传输速度。在宿主机(1-1)中，编译高动态陀螺的控制模型和控制算法，生成可供目标机(1-3)运行的执行代码。
以太网连线(1-2)主要负责将宿主机(1-1)编译的可执行代码上传到目标机(1-3)，同时将目标机采集到的高动态陀螺(1-7)的信息、转台(1-10)信息以及实时控制效果回传给宿主机(1-1)，供用户查看。与此同时，目标机(1-3)内也配有实时显示单元，可将控制效果与采集到的信息统一显示。
目标机(1-3)中通过数字线缆(1-4)与驱动电路(1-5)连接，驱动电路(1-4)负责对高动态陀螺(1-7)进行控制，其可输出激励高动态陀螺(1-7)工作的激励信号、控制高动态陀螺(1-7)振型的控制信号；同时可采集高动态陀螺(1-7)的输出信息，并通过数字线缆(1-4)回传至目标机。
目标机(1-3)通过串口线(1-9)与高精密转台(1-10)进行连接，驱动高精密转台(1-10)按照指定角速率进行工作。高精度转台为控制精度在0.01°/s的单轴转台。
高动态陀螺(1-7)通过结构工装(1-8)固连于高精密转台(1-10)台面上，可随高精密转台(1-10)台面联动。
这样就形成了一个高动态陀螺的控制闭环回路，通过对宿主机(1-1)与目标机(1-3)的控制，结合驱动电路(1-5)、高动态陀螺(1-7)和高精密转台(1-10)实现对高动态陀螺整体结构的误差控制仿真。
本发明提供的一种钟形振子角速率陀螺误差控制仿真装置，节约了高动态陀螺控制回路的研发成本、缩短了高动态陀螺控制回路的设计周期。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种高动态陀螺的误差控制仿真装置，其特征在于：该装置包括：
(1)宿主机一台；
(2)目标机一台；
(3)驱动电路一套；
(3)高精度转台一台；
(4)高动态陀螺一台。
其中，宿主机内编写有高动态陀螺控制模型和控制算法；目标机内运行实时操作系统用来操作陀螺和转台；驱动电路为高动态陀螺驱动电路，用来控制高动态陀螺；高精度转台为控制精度在0.01°/s的单轴转台。
2.根据权利要求1所述的一种高动态陀螺的误差控制仿真装置，其特征在于，利用宿主机建立高动态陀螺的控制模型和控制算法，对模型和算法进行编译并将编译后的代码上传至目标机中，目标机根据宿主机上传的信息控制驱动电路和高精度转台，完成对高动态陀螺的各控制回路设计。
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