论文部分内容阅读
与传统的陀螺仪相比,微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、可靠性高及易于数字化实现等优点,在国防军事及国民经济等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。微机械陀螺测控系统的稳定性、鲁棒性等对微机械陀螺的性能有着重要影响,是当前研究的热点和重点之一。针对微机械陀螺仪模拟测控系统噪声大、易受干扰及调试复杂等缺点,本文开展了微机械陀螺仪数字化闭环控制电路与数字化检测电路的研究,分析了微机械陀螺数学模型,完成了数字测控系统的方案设计、电路设计与制作、系统性能测试等。论文的主要研究工作如下:①研究了微机械陀螺仪测控系统的国内外研究现状,针对微机械陀螺仪控制与检测要求,设计基于FPGA的数字化测控系统方案,包括以数字自动增益控制为核心的陀螺闭环控制电路和以数字相干解调为核心的陀螺输出信号检测电路。②针对微机械陀螺的特点,设计了数字闭环控制系统信号调理电路、电源管理电路以及FPGA外围电路,设计了数字闭环控制器各模块并对其进行仿真验证。设计了基于自动增益控制的模拟闭环控制电路进行性能对比。③分析了数字相干检测的基本原理,建立了陀螺输出信号相干检测模型,设计了陀螺输出信号调理电路、参考信号调理电路、数字相干检测及关键模块电路并对各个模块进行逻辑设计和仿真验证。④构建了微机械陀螺仪测控系统的测试平台,对模拟闭环控制电路、数字闭环控制电路进行了对比测试和分析。实验结果表明:相对于模拟闭环控制电路方案,数字闭环控制电路起振时间减少了77.8%,稳定时间缩短了50%,开机振幅漂移减小了75%,开机频率漂移减小了63%;数字检测电路的测试结果表明,数字检测电路能够实现对信号的解调,且具有较好的线性度。