f-pid复合控制器在闭环光纤陀螺仪中应用

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1、F?PID复合控制器在闭环光纤陀螺仪中应用　　摘要：陀螺仪是惯性系统的核心部件，目前数字干涉式光纤陀螺（IFOG）以其宽带宽，响应速度快的优点成为首选。IFOG可以看作一个数字控制系统，因此，其动态性能受控制系统设计的影响。现根据此类陀螺的工作原理，推导出系统离散传递函数。将模糊控制器与PID控制器相结合，设计一种新型的F?PID复合控制器取代传统的PID控制器。仿真结果显示，采用F?PID控制器的光纤陀螺系统可以有效地缩短调节时间，减小超调量，并且具有强的抗干扰能力。关键词：IFOG；数学模型；F?PID；抗干扰中图分类号：TN911.7?34；U666.1文献标识码：A文章

2、编号：1004?373X（2013）13?0160?04ApplicationofF?PIDcompositecontrollerinclosed?loopfiberopticgyroscopeSUNLiang，YUZhen?hong，CHENHao，XIEFeng?feng（CollegeofInternetofThingsEngineering，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China）Abstract：Thegyroscopeisthecorecomponentofinertiasystem.Theinterferencefibeopticg

3、yroscope（IFOG）hasbecomeafistchoiceinthearea10becauseofitsadvantagesofwidebandwidthandfastresponse.IFOGcanberegardedasadigitalcontrolsystem.Therefore，itsdynamicperformanceisimpactedbythedesignofcontrolsystem.Thediscretetransferfunctionofthecontrolsystemwasdeducedaccordingtotheworkingprinciple

4、ofthisgyroscope.IncombinationwithFuzzycontrollerandPIDcontroller，anewtypeofF?PIDcompoundcontrollerwasdesignedtoreplacethetraditionalPIDcontroller.ThesimulationresultsshowthatthefibeopticgyroscopesystemwithF?PIDcontrollercaneffectivelyshortentheadjustmenttime，decreasetheovershoot，andhasalsoas

5、tronganti?interferenceability.Keywords：IFOG；mathematicalmodel；F?PID；anti?interference0引言10随着对陀螺仪尤其是惯导级对精度要求的不断提高，光纤陀螺仪应运而生，并且以其轻小型、低功耗、长寿命、高可靠性、无自锁，可批量化生产等多方面的优势，受到世界许多国家的大学、科研机构尤其是军方的重视，并取得了很大的进步。目前，国外中低精度的光纤陀螺已经广泛应用于航空、航天、航海、武器系统和其他工业领域中，目前世界上光纤陀螺的最高精度已可达到0.00023（°）/h。光纤陀螺是基于闭合光路中的Sagnac效应

6、，因此光纤陀螺的带宽远大于传统陀螺。在数字闭环光纤陀螺中光路响应速度很快，系统带宽主要由检测电路决定。选择合适的数字控制器，可以改善光纤陀螺的动态性能[1?2]。1干涉型数字闭环光纤陀螺的模型1.1IFOG基本机构IFOG的系统由光路和检测电路两部分组成，光路部分有光纤光源、耦合器、Y波导和光纤环等光学器件，其中Y波导的核心为LiNiO3相位调制器，相位调制器通过被施加的电压改变光的相位，以补偿反馈相移和产生偏置相移，电路部分主要有PIN?FET光接收组件、放大器、A/D转换器、D/A转换器以及包括控制器的数字信号处理单元。IFOG是利用Sagnac效应来测量其转动角速度的，S

7、agnac相移与输入角度存在如下的关系：[φs=2πLDΩ/cλ]（1）式中：[L]为光纤圈长度；[D]为线圈直径；[Ω]为输入转速；c为光速；[λ]为光波长；[φs]为Sagnac相移。10PIN?FET光接收组件起到的作用是将与相位相关的光强转化为电信号，由于相位与输出信号是余弦的关系，灵敏度偏低，所以考虑加入方波偏置相位调制，使其变为灵敏度高的正弦关系，假设加入的调制方波幅值为[±π2]，频率[ω=πτ]，则输出信号可以表示为[3]：[I=I0η[1±sin（φs+φf）]]（2）式中