[發明專利]光纖陀螺系統的閉環控制方法及裝置

無效

• 申請號: 200710303609.6
• 申請日: 2007-12-20
• 公開（公告）號: CN101183003A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 張春熹;李慧;李立京;宋凝芳;潘雄;許文淵
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭立明

技術領域

本發明涉及光纖陀螺技術領域，尤其涉及一種光纖陀螺系統的閉環控制方法及裝置。

背景技術

光纖陀螺系統是一個廣泛應用于敏感相對于慣性空間角運動的裝置。它作為一種重要的慣性敏感器，用于測量運載體的姿態角和角速度，是構成慣性系統的核心器件。應用在飛行器導航、艦船導航和陸用導航中。

干涉型光纖陀螺是一種測量角速度的儀器，其硬件如圖1所示，包括光源11、耦合器12、Y波導調制器13、光纖環14、探測器15、前放濾波電路16、AD轉換器17、數字信號處理器18、DA轉換器19以及驅動放大電路20。

光路的工作過程如下：光由光源11發出，經耦合器12一分為二，一束傳輸到Y波導調制器13，另一束傳輸到空頭。Y波導調制器13將輸入光起偏后分成順時針(CW)和逆時針(CCW)傳輸的兩束，進入與之相連的光纖環14。干涉型光纖陀螺對角速度的測量是通過在光纖環14中傳播的兩束相向的光在光纖陀螺自身的轉動中，引起的非互易相位差Sagnac相位的大小來表征的。干涉后轉換為光強的變化，經耦合器12到達探測器15，作為電路的輸入信號，也是電路的檢測信號。探測器15把光強的變化轉變為電流的變化。

檢測電路的工作過程如下：前放濾波電路16對探測器15輸出電流信號變為電壓信號調理和進一步放大后，A/D轉換器17進行信號采集并轉換為離散的數字量，數字信號處理器18完成數據解調，根據控制算法形成反饋數字階梯波，也就是系統的反饋信號，送至D/A轉換器19變為模擬階梯波，經驅動電路20加在Y波導調制器13的電極上，實現系統閉環工作。數字信號處理器18同時形成調制方波，使系統有合適的工作點，提高系統的靈敏度。數字信號處理器18同時還要計算出系統的輸出信號。檢測電路的工作過程如圖2所示。圖2中，Δ_s為系統輸入角速度Ω時，光在光纖環中產生的非互易相位差；Δ_f為經驅動電路20加在Y波導調制器13的電極上的反饋信號產生的反饋相位；Δ為輸入相位和反饋相位的差值。

數字閉環光纖陀螺中數字信號處理器18是光纖陀螺系統的核心，完成時序控制、信號解算、閉環控制、形成反饋以及輸出信號、輸出通信等一系列任務。數字信號處理器18的主要功能是由數字控制器完成的。

然而現在高精度光纖陀螺的性能指標不能滿足對其動態特性的要求。從光纖陀螺的工作原理可知，Sagnac效應的表達式為式中：L為光纖環長度，D為光纖環直徑，λ為光波長，c為真空中的光速，Ω為旋轉角速率。探測器處的干涉信號為I＝I₀(1+cosΔ_S)，式中：I₀為光強對應的電流強度。可見，干涉輸出是Sagnac相位差Δ_s的余弦函數，加調制方波后和反饋相位Δ_f后，探測器處的信號為I＝I₀(1+sin(Δ_S-Δ_f))，但是當Δ_S-Δ_f不為零，即系統誤差不為零，且比較大時，系統線性度不好，所以此時系統誤差很難控制為零，即很難設計一個閉環檢測方案使得此系統有很高的動態靈敏性和跟蹤速度。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術所述的閉環控制系統存在如下問題：

由于現有技術對數據處理器采用的控制算法為積分算法，本領域技術人員很容易知道，在采用積分算法時數據處理器的動態靈敏度和響應速度會降低，進而導致所述系統的動態誤差較差，上升時間較長，動態跟蹤能力不高。

發明內容

本發明實施方式所要解決的技術問題在于提供一種光纖陀螺系統的閉環控制方法及裝置，所述方法及裝置能夠優化系統的輸出信號，減少動態誤差，減少閉環光纖陀螺系統的上升時間和提高系統的動態跟蹤能力。

鑒于上述現有技術所存在的問題，本發明實施方式提供一種光纖陀螺系統的閉環控制方法，所述方法包括：

輸入信號依次通過探測器、前放濾波電路、A/D轉換器、數據信號處理器得到輸出信號；所述數據信號處理器還將所述輸出信號作為閉環反饋信號依次通過D/A轉換器、驅動器和Y波導調制器抵消光纖陀螺系統的輸入信號Sagnac相位形成閉環控制，其特征在于，所述方法包括：

在統計所述輸出信號得到所述系統跟蹤的輸入信號的平均值，利用極大似然估計方法得出光纖陀螺系統跟蹤的輸入信號；

通過最優控制理論中數字系統的伺服跟蹤問題計算得出所述數據信號處理器。