石英挠性摆式加速度计全数字伺服回路技术

• 作 者: 夏瑜
• 机 构: 河北工业大学
• 出 处: 河北工业大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 石英挠性摆式加速度计 伺服回路 硬件设计 软件设计 单片机

石英挠性摆式加速度计是惯性导航系统中的重要器件，被广泛应用于航天、航空以及航海等各种领域。它的精度直接影响到惯性导航系统的精度，因此提高石英挠性摆式加速度计的性能，是惯性技术领域的重要课题。在高精度的惯性导航系统中基本都采用加速度计与数字化控制回路相结合构成的闭环系统，但在传统的控制系统中，并不是所有的控制部分都采用数字化，这就限制了加速度计控制方法的发挥。为了获得更好的控制性能、并与现代数字化的总体系统匹配，全数字、高精度、小型化是石英挠性摆式加速度计伺服回路的发展方向。
本文从实际出发，围绕石英挠性摆式加速度计全数字化的伺服回路展开了研究。本文首先对石英挠性摆式加速度计的工作原理进行了分析，通过比较各种反馈回路的优缺点，确定了采用加速度计前端信号高速差动解调、利用单片机进行二元调宽反馈、A/D、D/A转换、PID 调节的成套数字方法来设计反馈回路的方案。在系统的硬件电路实现上，采用了c8051F061 型51 单片机作为整个系统的信号处理器，在信号调理电路中设计了双路放大环节、改进的二阶带通滤波器、解调器等环节，将经过这一调理之后的信号输入到单片机中，通过单片机内部的调节程序调整后，最后输出二元数字调宽脉冲给加速度计的力矩器。在此控制回路中由于单片机的引进而简化了电路，降低了功耗。
在系统的软件设计上，采用C语言编程，编写了A/D转化程序、PID 调节程序和恒流源产生程序。PID 调节方法有比较成熟的控制策略，能够更好的发挥计算机运算速度快、逻辑判断功能强、编程灵活等优势。
最后，在对系统进行调试后，验证了系统硬件设计、软件设计的正确性，以及数字化控制回路的优越性，并提出了其中的不足以及需要改进的地方。