[發明專利]一種光纖陀螺環路增益優化方法

有效

• 申請號: 202110307328.8
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113074712B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 王志強;蘇森
• 申請（專利權）人: 安徽華馳動能科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種光纖陀螺環路增益優化方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、設計檢測方法從噪聲背景中提取閉環誤差信號；

步驟二、基于閉環誤差模型推導光纖陀螺的動態方程；

所建立的閉環光纖陀螺的動態方程為：

其中x(t)∈Rⁿ是狀態變量，n由控制器的順序確定，k₁為前向通道的增益，為反饋相位，是的函數，進一步寫為其中將控制器表示為u(t)＝K_cx(t)，其中K_c是控制器的反饋矩陣，得到其中k₂是反饋通道的增益；

將控制器設計為二階，并假設K_c＝[k_c1 k_c2]，k_c10以及k_c20，考慮受控系統，光纖陀螺的動態方程進一步寫為：

步驟三、針對非線性條件，進行環路增益優化設計；

所述步驟三，在考慮光學效應非線性條件下，通過下述定理實現光纖陀螺系統指數穩定的高動態性能的環路增益優化設計：

對于給定的正標量β，上述動態方程用控制器u(t)解決了指數穩定性問題，設如果滿足參數并且有其中k₁為前向通道的增益，k₂是反饋通道的增益，對于二階控制器滿足其反饋矩陣K_c＝[k_c1 k_c2]，為反饋相位；不僅同反饋控制變量k_c1和k_c2相關，還與前向通道增益k₁以及信號檢測電路反饋通道增益k₂相關，系統的閉環性能取決于閉環檢測的設計參數以及反饋控制參數，只要滿足β＝0，則系統的動態方程漸近穩定；其中e為自然對數；

步驟四、考慮噪聲以及環境擾動，進一步優化設計光纖陀螺系統閉環參數；所述步驟四，在考慮外界擾動與噪聲的條件下，所建立的閉環光纖陀螺的動態方程為：

x(k+1)＝Ax(k)+Bk₁sin(-k₂K_cx(k))+Bk₁sin(-k₂K_cx(k-1))+Bw(k)

其中，w(k)是平均值為零的寬帶噪聲；

步驟五、基于上述優化結果進行檢測電路與參數設計。

2.根據權利要求1所述的一種光纖陀螺環路增益優化方法，其特征在于，所述步驟一，設計檢測方法從噪聲背景中提取閉環誤差信號，具體包括：

設計一個解調方波f_d(t)，該解調方波與f_m(t)具有相同的幅度，頻率和相位，并作為f_m(t)的參考信號，得相關檢測的輸出V₀：

其中為光纖陀螺的閉環誤差，k₁為前向通道增益，通過增加前向通道的k₁值，能夠在抑制白噪聲的情況下提高閉環誤差的檢測精度；其中，f_m(t)為光纖環本征頻率，且其中τ為光的渡越時間。

3.根據權利要求1所述的一種光纖陀螺環路增益優化方法，其特征在于：設計的控制算法通過Lyapunov函數分析光纖陀螺閉環增益的分配原則，并以此為基礎對光纖陀螺環路增益進行優化。

4.根據權利要求1所述的一種光纖陀螺環路增益優化方法，其特征在于：所述步驟五，實現檢測電路與參數設計具體包括如下步驟：

設計檢測電路并仿真波形進行閉環信號檢測的硬件，包括：光電檢測器，開關電路，前置放大器，A/D轉換器，控制器，積分器，D/A轉換器和D/A驅動電路；

振蕩器用于生成時鐘和參考信號，開關電路時鐘，A/D采樣時鐘和D/A時鐘分別為開關電路，為A/D轉換器和D/A轉換器提供時鐘信號，并在調制解調過程中應用了調制方波和解調方波，開關電路時鐘是通過峰值消除開關電路中的分頻計數器獲得的，由開關電路時鐘控制的開關電路的通斷狀態產生周期性的序列信號，以消除光電探測器輸出的尖峰；

為了對前置放大器后的閉環誤差信號進行采樣，所述A/D采樣時鐘，能夠避免開關電路的截止狀態，A/D轉換的時間花費了若干個A/D時鐘節拍，A/D轉換后的調制閉環誤差出現了延遲，解調方波f_d(t)被設計成具有對應A/D轉換時鐘周期的延遲，以匹配調制的閉環誤差的時序，A/D采樣時鐘通過計數器和邏輯乘積單元獲得，通過分頻器產生調制方波，并設計一個延遲單元以獲得解調方波，數字反饋由積分器累加，并將結果加到調制方波中。