半球谐振陀螺控制技术研究

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1、重庆大学硕士学位论文半球谐振陀螺控制技术研究姓名：雷霆申请学位级别：硕士专业：控制工程指导教师：刘文才;方针20060401摘要半球谐振陀螺仪(HemisphericalResonatorGyro)是-种高精度、高可靠、长寿命的新型固态陀螺仪，它是利用半球壳唇缘的径向振动驻波进动效应來感测基座旋转的•种新型振动陀螺。本文在对半球谐振陀螺的数学模型和运动特性进行分析的基础上，研究了力平衡模式下的控制规律。对与陀螺性能指标有较大关系的单元电路进行了深入研究和优化设计，研究了检测电压稳定度的提高方法，微弱

2、信号处理与滤波技术。研究了谐振子频率的温度特性并设计了频率跟踪带通滤波器。这些研究结果提高了陀螺的性能指标。运用控制理论对陀螺控制系统进行了设计研究，仿真分析的结果满足了陀螺动态性能指标。研究了Allan方差分析法在半球陀螺数据处理中的应用，并采用AR(2)模型对半球陀螺漂移数据建模和进行Kalman滤波。通过对滤波前后数据的Allan方差分析结果进行比较，表明了Kalman滤波和Allan方差分析法在半球陀螺数据处理中的有效性。关键词：半球谐振陀螺，控制技术，艾伦方差AbstractHemisph

3、ericalResonatorGyro(HRG)isacomparativelynewtypesolidrotation-sensinginstrumentandhasafewspecificfeaturesuchashighprecision>highreliabilityandlongevityofservice.Basedontheprincipleofviberationandthedynamicsoftheresonator^fluctuationmathematicsmodel,this

4、paperhasstudiedtheforcetorebalance(FTR)model,studiesandoptimizestheunitcircuitries,whichareimportanttotheHRG，sperformance.Putforwardanewwaytoimprovereadoutprecisionofthewavevoltage・Researchestheweaksignalprocessandfiltertechnology.Studiestheresonatorfr

5、equencytemperaturecharacteristic,thendesignsthemiddle-frequencytrackingbandpassfilter.Itisshown,alltheworkarehelpfultoimprovetheHRG，sperformance.Appliesthecontroltheoryanddesignsthecontrolsystem.Simulationresultsshowthatthecontrolparameterissatisfiedth

6、edynamicrequirement.TheapplicationofAllanvariancemeansintheHRGdataprocessionhasbeenresearchedinthispaper.BasedonthebuildingoftheAR(2)modelofHRGdriftdata,theHRGdriftdataareprocessedusingKalmanfilter,andthefilterresultsareanalyzedandcomparedwiththeunfilt

7、ered,andtheresulthasprovedtheadvantageofKalmanfilterandAllanvariancemeans・Keywords:HemisphericalResonatorGyro(HRG);ControlTechnology;Allanvariancemethod1绪论1.1课题的背景和意义当前对定位、导航控制系统的敏感器件提出的高要求导致了基于新的物理原理、非传统意义的陀螺仪表的产生，即无转子陀螺——如光纤陀螺、激光陀螺、微机械陀螺、半球谐振陀螺等［1］。本

8、文研究的半球谐振陀螺仪（HemisphericalResonatorGyro,以下简记为HRG）是一种高精度、高可靠性、长寿命的新型固态陀螺仪，它是利用半球壳唇缘的径向振动驻波进动效应來感测基座旋转的•种新型振动陀螺。其基本原理可概括-为：当处于谐振状态的谐振子随载体旋转时，由于哥氏效应，引起振型相对壳体的转动，振型相对壳体转动的速率与载体速率成一定比例关系。1.1.1半球谐振陀螺简介激励罩激励电极读出电极读出基座谐振子图1.1半球谐振陀螺石英部件Figl.lTheq