加速度计温度控制系统研究和设计

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1、Ｍ硕士学位论文＿！■？＾團，參ｂ加速度计温度控制系统研究和设计ｍ作者姓名马广彬学校导师姓名、职称过润秋教授企业导师姓名、职称苏旺旺高工ｋ申请学位类别工程硕士ｊ＾学校代码10701学号1504122102分类号TP27密级公开西安电子科技大学硕士学位论文加速度计温度控制系统研究和设计作者姓名：马广彬领域：控制工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：过润秋教授企业导师姓名、职称：苏旺旺高工学院：机电工程学院提交日期：2018年6月ResearchandDesignonAccelerometerTemperatureControlSyste

2、mAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlEngineeringByMaGuangbinSupervisor:GuoRunqiuTitle:ProfessorSupervisor:SuWangwangTitle:SeniorEngineerJune2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。

3、尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研宂所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。■姑：及、：？本人签名日期６ｆ卞年号西安电子科技大学关于论文使用授权的说明目本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，卩：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允

4、许查阅、借阅论文布论文的全部或部分内容，允许采用影；学校可以公印，、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：奚卜抑，导师签名：＞〇日期：２丨８６Ｐ日期：，ｂｒ年））摘要摘要加速度计作为惯性导航系统的核心组件之一，其性能直接影响着整个系统的导航与制导精度。加速度计的测量精度，除了与本身的设计结构、技术工艺、制作材料等有关，还与其所处的工作环境有关，尤其是环境温度。温度的变化会引起元器件热胀冷缩与材料物理参数变

5、化，最终主要反映在其标度因数与零漂上。因此，分析工作环境温度对加速度计输出精度的影响机理，并在此基础上研究如何提升其性能的方法就很有意义。故本文以石英挠性加速度计为研究对象，并以提升温控精度为目标，重点研究设计了其温度控制系统，来确保其输出精度，进而提升惯导系统的性能。本文首先定性分析了工作环境温度对加速度计输出性能的影响机理与当前解决办法的优劣，而后以此为基础选用了“一级温度控制”的方法，并从提高温度检测精度、构建合理温控系统硬件结构、辨识被控对象精细模型以及采用适当温控策略与温控算法五个角度着手进行分析，提出了高精度温控系统的总体设计方案。其次，采用正弦交流源直接激励由P

6、T100型铂电阻构成的惠斯通电桥并基于正交矢量型数字锁相相敏检波算法对加速度计温度信号进行检测，以弥补微弱直流信号检测的缺陷；另外，以直流驱动方式替换PWM驱动方式对加速度计工作环境进行功率驱动加热，并为其设计独立的高温硬件保护电路；同时，以Aduc7026型精密微控制器为核心为相关单元配置了外围硬件电路与Labview虚拟仪器，便于系统联调；然后，对加速度计材料与结构进行ANSYS热分析，指导了温控元件的空间有效布局。最后，采用阶跃响应法并基于Labview实测数据，运用RELS迭代最小二乘法与PSO粒子群优化算法辨识了被控对象的二阶精细数学模型。以此模型为基础，设计了基于

7、Fuzzy-PID算法与GPC广义预测算法的分段多模式控制策略来对加速计温度进行高精度控制，并根据实际效果加以补偿修正。温控系统的仿真实验结果表明：采用该系统能够对具有大惯性、参数时变时滞等特性的非线性温度对象达到良好的控制效果，且具有响应速度快、输出稳定并能够较好地适应工作环境温度变化的特点，满足加速度计温控系统5~8min的调节时间与0.1℃的温控精度要求。因此，采用高精度“温度控制”的方法是确保加速度计输出性能的有效途径。关键词：加速度计温度控制，数字锁相相敏检波，Aduc7026，Fuzzy-