[發(fā)明專利]一種基于參量激勵的數(shù)字式速率積分陀螺控制方法和平臺

有效

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• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106767747B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周斌;張嶸;宋明亮;侯波
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01C19/5776
• 分類號: G01C19/5776
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關(guān)暢

本發(fā)明涉及一種基于參量激勵的數(shù)字式速率積分陀螺控制方法和平臺，其中，方法包括步驟：1)設(shè)置速率積分陀螺同向參考量和正交參考量的初始值，以及速率積分陀螺振動能量的預(yù)設(shè)值；2)采集速率積分陀螺X、Y軸運動輸出電壓數(shù)字量并進(jìn)行檢測部件誤差校正；3)將校正后的X、Y軸運動輸出電壓數(shù)字量進(jìn)行0°和90°相敏解調(diào)；4)計算各中間變量；5)計算相敏解調(diào)參考信號、參量激勵驅(qū)動電壓相位參考信號和驅(qū)動電壓相位參考信號；6)計算X、Y軸參量激勵驅(qū)動電壓數(shù)字量；7)計算陀螺振動角度的正弦值和余弦值；8)計算X、Y軸驅(qū)動電壓數(shù)字量；9)將相敏解調(diào)參考信號進(jìn)行0°和90°相位變換后作為下一采樣時刻的同向參考量和正交參考量，返回步驟2)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器檢測和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有誤差校正功能的基于參量激勵的數(shù)字式速率積分陀螺控制方法和平臺。

背景技術(shù)

科氏振動陀螺因其小體積、低功耗、低成本等優(yōu)勢，已經(jīng)成為十分熱門的一個技術(shù)領(lǐng)域，也已經(jīng)有了十分廣泛的應(yīng)用。目前，科氏振動陀螺主要有兩個方面的發(fā)展趨勢，一個是面向大眾消費市場的大批量低成本型，另一個是面向軍事領(lǐng)域的高精度型。針對科氏振動陀螺發(fā)展的第二個要求，需要探索提高科氏振動陀螺精度的方法。

科氏振動陀螺根據(jù)輸出物理量的不同可以分為速率陀螺和速率積分陀螺。與速率陀螺相比，速率積分陀螺直接測量角度。得益于穩(wěn)定的標(biāo)度因數(shù)和避免了由角速率數(shù)值積分引入角度誤差，速率積分陀螺具有實現(xiàn)高精度的潛力；同時速率積分陀螺具有機(jī)械上無限的測量范圍和高帶寬。然而由于材料特性和加工的不確定性，陀螺存在各向異性彈性和各向異性阻尼等非理想特性。在速率積分陀螺中，諧振子自由振動，使得測量精度易受陀螺非理想特性的影響，并且給控制帶來了挑戰(zhàn)。其中，各向異性彈性和各向異性阻尼是速率積分陀螺的兩個主要誤差源，各向異性彈性和各向異性阻尼會引起與陀螺主振動相位正交的正交振動，導(dǎo)致角度輸出誤差，并且如果各向異性彈性和各向異性阻尼過大還會導(dǎo)致速率積分模式的失效。此外，陀螺結(jié)構(gòu)運動檢測部件誤差、驅(qū)動部件誤差和電路增益誤差也會進(jìn)一步引起速率積分陀螺的輸出誤差。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于參量激勵的數(shù)字式速率積分陀螺控制方法和平臺，采用參量激勵控制實現(xiàn)諧振子的穩(wěn)定控制，采用正交振動控制克服各向異性彈性引起的陀螺誤差，并且具有誤差校正功能，能夠提高速率積分陀螺的精度，對速率積分陀螺的研制具有重要意義。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于參量激勵的數(shù)字式速率積分陀螺控制方法，包括以下步驟：

1)設(shè)置速率積分陀螺的同向參考量和正交參考量的初始值，同時設(shè)置速率積分陀螺的振動能量的預(yù)設(shè)值；

2)采集速率積分陀螺X軸和Y軸運動輸出電壓數(shù)字量，將X軸和Y軸運動輸出電壓數(shù)字量與檢測部件誤差校正矩陣相乘，得到校正后的X軸和Y軸運動輸出電壓數(shù)字量；

3)根據(jù)速率積分陀螺的同向參考量和正交參考量，將校正后的X軸和Y軸運動輸出電壓數(shù)字量分別進(jìn)行0°和90°相敏解調(diào)，得到X軸運動同向分量x_i、X軸運動正交分量x_q、Y軸運動同向分量y_i以及Y軸運動正交分量y_q；

4)利用X軸運動同向分量x_i、X軸運動正交分量x_q、Y軸運動同向分量y_i以及Y軸運動正交分量y_q分別計算反映驅(qū)動頻率與陀螺諧振頻率之差的變量Ls，反映陀螺振動能量的變量E，反映陀螺振動角度的變量R和S，以及反映陀螺正交振動的變量Q；

5)將計算得到的反映驅(qū)動頻率與陀螺諧振頻率之差的變量Ls輸入頻率控制環(huán)中，頻率控制環(huán)計算輸出相敏解調(diào)參考信號REF Sin1、參量激勵驅(qū)動電壓相位參考信號REFSin2和驅(qū)動電壓相位參考信號REF Sin3；