动力调谐陀螺再平衡回路数字化的研究与实现第15卷第12期2007年12月光学精密工程OpticsandPrecisionEngineeringVo1.15No.12Dec.2007文章编号1004—924X(2007)12—1974—08动力调谐陀螺再平衡回路数字化的研究与实现张连超,范世殉,范大鹏,李玲(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073)摘要:为克服模拟再平衡回路时由控制补偿和温度补偿引起的各种问题,研究_『动力调谐陀螺仪再平衡回路的数字化设计和实现方法.采用基于DSP的SVPWM数字化方法设'了频率可调的高精度三相逆变电源,解决了传统陀螺电机电源频率调整困难,相位稳定性低,效率低等问题;基于dSPACE半实物仿真系统设计了双输入双输出频率特性分析仪,辨识出数字再平衡回路的开环离散传递函数矩阵;利用矩阵求逆法与经典控制器设计方法设计了数字解耦合校正环节,使陀螺系统能够获得更好的动态性能.实验结果表明:所设计的陀螺电机电源频率稳定性优于土1.5x10一,波形失真度<if5,满足陀螺使用要求;控制后的锁定回路带宽>7OHz,阶跃响应超调量<5,上升时间<5ms,输入信号频率为10Hz时,两轴交叉耦合<1.在保证稳定裕度的前提下,实现了比模拟再平衡回路更好的系统动态性能,为深入研究现代控制方法在动调陀螺再平衡回路中的应用奠定了基础.关键词:数字化;动力调谐陀螺;再平衡回路;传递函数辨识中图分类号:V24l_5;O318文献标识码:AResearchandimplementationofdigitalcontrolofdynamicallytunedgyroscoperebalanceloopZHANGLian—chao,FANShi—xun,FANDa—peng,I.ILing(S('hoolofMechatronic'EngineeringandAutomation.NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:ToovercometheproblemscausedbythecontrollercompensationandtemperaturecomDen—sationintheanalogrebalanceloop,themethodandimplementationofthedigitalcontrolwerere-searched.Ahighlyprecision,adjustablethree—phaseinverterpowersourceofDynamicallvTunedGv—roscope(DTG)motorwasdesignedusingSVPWMmethodbasedonDSPtosolvetheproblemsonad—justingthefrequency,lowstabilityofphaseandlowefficiencyofmotorpowersource.Thetwo—input—two—outputfrequencycharacteristicanalyzerwasdesignedusingdSPACEHardware—in—loop(HIL)system,theopenloopdiscretetransferfunctionmatrixofdigitalrebalanceloopwasidentified.BasedonmatrixinverseandtraditionalcontrollermethodthedecouplingandcompensationCOntrollerwasdesignedtogetbetterdynamicperformanceofDTG.TheexperimentshowsthatthefreqLlencystabili—tyofdesignedDTGmotorpowersourceiSbetterthan±1.5×10～,waveformdistortionislowerthan5,whichmeetsthedemandofDTG.ThebandwidthoflockloopundercontroHShigherthan收稿日期:2007—09—29;修订日期:2007—10—28.基金项目:"十五"国防预研资金资助项目(No.18YXGFKDllS)第12期张连超,等:动力调谐陀螺再平衡回路数字化的研究与实现70Hz,overshootislowerthan5,risingtimeisshorterthan5ms,andthecrosscoUplingislowerthan1betweenthetWOaxiswhenthereisa10Hzsinusoidalinput,whichhasbetterdynamicDer—formancethantheanalogrebalanceloopinguaranteeingthestabilitymargin,establishingthebasisofmoderncontrolmethodapplicationinDTGrebalanceloop.Keywords:digitaldesign;dynamicallytunedgyroscope;rebalanceloop;transferfunctionidentiffca—tin13引言动力调谐陀螺仪主要由机械表头和再平衡回路构成.在现有的动力调谐陀螺仪设计中,其再平衡回路大都通过模拟电路实现[,.这种常规的控制方式具有精度较高,技术成熟,易于实现等优点,但其问题也很明显¨1],主要表现在:由于生产中表头参数不一致而与电路联调比较耗时,制约着生产的批量化;模拟电路校正网络的元器件特性易受环境条件影响而变化,从而直接影响整个仪表的性能;模拟电路温度补偿网络,线路复杂,实现困难;陀螺工作环境复杂多变,常规的控制方案有时难以满足其性能的要求.因此,人们考虑采用数字控制电路实现再平衡回路,通过辨识来确定表头参数,采用软件来补偿表...