干涉式光纤陀螺控制器的设计与仿真.pdf

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1、第33卷第5期2011年10月光学仪器0PTICALINSTRUMENTSV01．33，No．5October，2011文章编号：1005—5630(2011)05-0056-04干涉式光纤陀螺控制器的设计与仿真*习成献，吕鑫玮，姜辉(上海航天局803研究所，上海200233)摘要：光纤陀螺的研究与开发目前主要集中在工程应用技术方面。干涉式光纤陀螺(IF()G)的动态性能受控制系统设计的影响。现根据干涉式光纤陀螺数字闭环检测过程，建立了控制系统的动态模型，详细分析并设计了数字PID控制器和IIR滤波器。仿真结果显示

2、，设计的控制器能够有效地提高干涉式光纤陀螺的输出带宽，改善系统的动态特性。关键词：干涉式光纤陀螺；数学模型；数字PID控制器；动态特性中图分类号：U666．1文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2011．05．012DesignandsimulationofacontrollerforinterferometricfiberopticgyroscopeXIChengxian，LVXinwei，JIANGHui(No．803ResearchInstituteofShanghai，S

3、hanghai200233，China)Abstract：ThefiberopticgyroscopeSresearchanddevelopmentisfocusedonengineeringapplication．Thedesignofthecontrollersystemhasaseriousinfluenceonthedynamicperformanceofdigitalclosed-loopinterferometricfiberopticgyroscope(IFOG)．Accordingtothedigi

4、talclosed-looptestprocessoftheIFOG。themathematicalmodeIofthecontrollersystemisbuilt，andadigitalproportional—integral—derivative(PID)controllerandainfiniteimpulseresponse(IIR)filterareanalysedanddesignedcarefully．Thesimulationresultsshowthatthecontrollercanimpr

5、ovetheoutput—bandwidthofsystemandthedynamicperformanceofIFOGeffectively．Keywords：IFOG；mathematicalmodel；digitalPIDcontroller；dynamicperformance引言光纤陀螺从诞生以来，便以显著的优点、灵活的结构和诱人的前景，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，美国Honey

6、well公司的最高精度光纤陀螺已可达到0．00023。／h。目前，国内光纤陀螺的研制水平已达到惯性导航系统的中、低精度要求。高精度和低成本是未来光纤陀螺发展的两大方向。因此，现以提高光纤陀螺精度和改善动态特性为目标进行了一些研究。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。因此，设计合适的数字控制器可以提高系统带宽，改善系统的动态特性[1卫]。’收稿日期：2011-04—27作者简介：习成献(1984一)，男，河南南阳人，助理工程师，硕士，主要从事惯性技术和光纤陀螺方面的研究。第5期习成献，等

7、：干涉式光纤陀螺控制器的设计与仿真·57·l数字闭环IFOG动态建模1．1数字闭环IFOG的基本结构图1所示为数字闭环IFOG的原理框图，系统由光路和电路两部分组成。光路部分主要由光源、光纤耦合器、Y波导集成光路、光纤线圈和光探测器组成，电路部分主要包括前放、A／D转换、D／A转换和以FPGA为核心的信号处理电路组成。干涉式光纤陀集成光器件率圆面巴陌瓤．—4—_n赢信号处理光纤线圈开环输出闭环输出螺正是利用Sagnac效应产生的光干涉信号变化来探图1数字闭环干涉式光纤陀螺的原理图测转动角速度。在如图l所示的最小互易

8、结构中能Fie．．1Thephysicschartofdigitalclosed-loopIFDG有效地消除光路内非互易相移，检测由光纤线圈转动引起的干涉信号的微小变化‰3。。1．2数字闭环IFOG动态模型的建立基于分析，数字闭环光纤陀螺的系统动态模型可以表示为图2所示h5

9、。图2数字闭环干涉式光纤陀螺的动态模型Fig．2Thedynamicmodelfor