基于labview的转子式陀螺测控系统设计

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1、硕士学位论文（工程硕士）基于LabVIEW的转子式陀螺测控系统设计DESIGNOFROTORGYROSCOPEMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMBASEDONLABVIEW卿绍俊哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：V241.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于LabVIEW的转子式陀螺测控系统设计硕士研究生：卿绍俊导师：谭晓昀教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V241.5U.D.C:621.3Disserta

2、tionfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFROTORGYROSCOPEMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMBASEDONLABVIEWCandidate：ShaojunQingSupervisor：Prof.XiaojunTanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitsEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefenceJune2016Degree-Confer

3、ring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要惯性器件的迅速发展直接导致了波及全球的陀螺仪结构与接口电路的研究与设计。传统的转子式陀螺体积大、价格高；目前已有的MEMS转子式陀螺虽然体积小，但是精度一直不高，而且技术仍不成熟。就如上的问题我们哈尔滨工业大学MEMS中心首次提出一种新型的转子式陀螺结构：球碟-转子式陀螺结构。而在陀螺的结构的优化以及外围电路的更迭方面，就必须针对该结构设计一个测控系统来实现对球碟-转子式陀螺仪的转动情况进行评估和衡量。本文设计了一个测控系统来实现对球碟-转子式陀螺信号的采集，从而

4、更好的为陀螺的分析提供数据以实现数字信号处理。本论文旨在设计一个能够针对于球碟-转子式陀螺仪的一套能够实时采集陀螺信号，对陀螺信号进行滤波、FFT变换以及解析信号成分的一个陀螺信号采集系统和一个能够对陀螺驱动电路进行实时输入指定频率载波信号的输入系统，二者统一起来的测控系统。本文利用了NI(美国国家仪器有限公司)的CompactRIO设备以及NI9063、NI9039等C系列板卡作为采集的硬件环境，并结合LabVIEW软件开发平台搭建了一个能够通过PC机编程控制并显示的测控系统。通过在LabvIEW中搭建算法实现FFT、以及滤波等实现对陀螺信号的采集与分析。然后结合分析得到的结果对陀

5、螺的检测电路和陀螺结构方面存在的问题反馈给结构设计的成员，以提供给他们改进的方向。在设计与实验中我们采用了DMAFIFOs技术来实现FPGA机箱数据与CompactRIO设备之间的异步关系，实现数据的存储与读取，并运用TCP-IP通信协议来实现NI公司的硬件设备CompactRIO与PC机之间的数据传输，在PC机中，由于采集速度和处理速度的差异，使用了生产者-消费者结构来处理主循环与次循环中数据流快慢的差异。然后通过LabVIEW配置CRIO9114FPGA机箱实现模拟波形输出，输出满足陀螺驱动电路的载波波形，将其施加到陀螺驱动电路上面驱动陀螺转动，并通过设计的采集系统将球碟-转子式

6、陀螺输出信号实时采集并处理。通过对使用波形生成器产生陀螺驱动电路的载波信号与用CRIO输出模拟波形用以充当驱动电路的载波信号时的陀螺信号进行不同转速下陀螺信号分析，前者信号噪声相对较大，信噪比在100左右并随着转速的增加而略微上升。后者信号的噪声相对较小，信噪比是前者的两倍左右，并且随着转速的上升信噪比上升的趋势更大，所以采用CRIO输出载波信号能够让陀螺转动更稳定，从而达到更好的I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文陀螺效应。关键词：球碟-转子式陀螺；测控系统；信号采集；信号处理；噪声分析II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTherapiddevelopmentofiner

7、tialdevicesdirectlyleadstotheresearchanddesignofthestructureandinterfacecircuitoftheworld.Inthepresentmarket,thereareaseriesofproblemsinthestructureoftherotorgyroscope,suchashighaccuracy,stabilityandsoon.wehaveproposedanewtypeofro