CN111141267B

CN111141267B - 一种机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法

Info

Publication number: CN111141267B
Application number: CN201911424478.6A
Authority: CN
Inventors: 王传清; 何俊峰; 金贝利; 黄刚; 赵红阳
Original assignee: 717th Research Institute of CSIC
Current assignee: 717th Research Institute of CSIC
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111141267A

Abstract

本发明提供一种机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法，该方法包括：采集抖动反馈信号，根据抖动控制系统中抖动机构、传感器及放大电路的传递函数进行逆变换得到抖动机构的输入信号；去除所述输入信号中的驱动信号得到干扰信号，在驱动信号中叠加反向干扰信号以消除干扰信号影响。通过该方案解决了激光陀螺仪抖动控制系统在受到干扰时精度下降的问题，可以减少干扰信号影响，提高谐振频率扫描的准确性及抖动幅度的控制精度。

Description

一种机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法

技术领域

本发明涉及惯性传感器技术领域，尤其涉及一种机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法。

背景技术

机抖式激光陀螺仪采用交变机械抖动偏频的方式克服锁区，是目前应用最广泛一种激光光陀螺仪。抖动控制系统作为机抖激光陀螺仪的重要组成部分，是实现抖动偏频和克服锁区的关键。抖动控制系统采用抖动机构带动激光陀螺仪谐振腔做交变的机械抖动，通过控制电路扫描抖动机构的谐振频率，进行谐振频率跟踪，并对抖动幅度进行闭环控制。

传统控制方法只在谐振频率上进行抖动幅度的闭环控制，当外界干扰较强，或干扰信号频率接近抖动结构的谐振频率时，抖动控制系统就会受到影响，尤其在抖动机构的品质因子不高的情况下，激光陀螺抖动控制系统的控制精度会降低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法，以解决现有激光陀螺仪抖动控制系统受干扰时精度下降的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法，包括：

采集抖动反馈信号，根据抖动控制系统中抖动机构、传感器及放大电路的传递函数进行逆变换得到抖动机构的输入信号；

去除所述输入信号中的驱动信号得到干扰信号，在驱动信号中叠加反向干扰信号以消除干扰信号影响。

在一个实施例中，通过标定获取抖动控制系统中各单元的传递函数。

本发明实施例中，采集抖动反馈信号，根据抖动控制系统中抖动机构、传感器及放大电路间的传递函数进行逆变换得到抖动机构的输入信号；去除所述输入信号中的驱动信号得到干扰信号，在驱动信号中叠加反向干扰信号以消除干扰信号影响。可以提高谐振频率扫描的准确性和抖动幅度的控制精度，减少外界干扰对抖动控制系统的影响，从而解决了当外界干扰较强，或干扰信号频率接近抖动结构的谐振频率时，在抖动机构的品质因子不高的情况下，激光陀螺抖动控制系统的控制精度会降低的问题，有效消除外界干扰，保障抖动控制系统的控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。

图1为本发明的一个实施例提供的机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的工作原理示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的机抖激光陀螺仪抖动控制系统中抖动机构的响应曲线示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰方法的控制电路结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。

请参阅图1，图1为本发明一个实施例提供的机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法的流程示意图，包括：

S101、采集抖动反馈信号，根据抖动控制系统中抖动机构、传感器及放大电路的传递函数进行逆变换得到抖动机构的输入信号；

根据激光陀螺仪的输出及外界转速输入，确定激光陀螺仪的抖动反馈，具体的，采集抖动反馈信号，基于抖动机构、传感器及放大电路的传递函数，可以计算得到抖动机构的输入信号。

在一个实施例中，通过标定获取抖动控制系统中各单元的传递函数。在标定阶段，通过标定及测量可以获得抖动控制系统各单元处理环节的传递函数。所述传递函数是指线性系统输出量的拉普拉斯变换与输出量的拉普拉斯变换之比，一般信号处理电路的传递函数可以在在标定阶段可以得到。

S102、去除所述输入信号中的驱动信号得到干扰信号，在驱动信号中叠加反向干扰信号以消除干扰信号影响。

在所述输入信号中包括驱动信号和干扰信号，通过在后输入的驱动信号中叠加反相干扰信号可以抵消外界干扰信号的影响，进而减少外界干扰对抖动控制系统的影响。

对抖动机构的响应信号进行过零比较、RMS/DC转换及PID控制处理得到驱动信号，所述驱动信号也是指抖动机构的控制信号。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图2为本发明实施例提供的机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法的工作示意图，如图所示：

图中r(t)表示作用于抖动控制系统的干扰信号，c(t)表示抖动控制系统中的驱动信号，两种信号叠加到抖动机构201上表示抖动机构的输入信号。

其中，抖动机构201的传递函数为：

式中，K₁和K₂通过标定得到。一般的，抖动机构的频率响应曲线如图3所示，ω₀为谐振频率，在ω₀处响应幅度最大，抖动系统的品质因子要高，其幅频响应曲线越尖锐。工程实际中，抖动系统的品质因子不可能无限大，因此，在ω₀附近抖动机构也有响应。

抖动机构的响应信号经过角速率传感器202获取，并经过信号放大器203和模数转换器204转变为数字信号。其中，角速率传感器202的传递函数为：

信号放大器203的传递函数分别为：G₃(s)＝K₄，式中K₃和K₄通过标定得到。

需要注意的是，可以忽略A/D转换环节的量化误差，将模数转换近似认为增益为1的比例放大。

单元205表示信号还原过程，主要通过软件实现，其传递函数为：

信号还原单元205的输出为r(t)+c(t)，近似认为是r(t)+c(t)离散化的结果。

幅度调整单元206表示幅度调整过程，用于对信号进行比例放大，其传递函数为：

其中，K₆表示驱动放大单元213的传递函数，可以通过标定得到。对幅度调整单元106输出的信号，去除其中的驱动信号可以得到：

将该信号反相与生成的控制信号叠加，经过D/A转换单元212及驱动放大单元213得到方向的干扰信号。其中，D/A转换单元212近似为增益为1的比例放大过程，驱动放大单元213可以为增益为K₆的比例放大过程。

其中，抖动机构的响应信号经过角速率传感器202获取，并经过信号放大器203放大后，由过零比较单元208处理，经相位PID控制单元210进行相位控制，同时，由RMS/DC转换单元207处理，并经幅度PID控制单元209进行幅度控制，相位PID控制单元210和幅度PID控制单元209得到的两种控制信号传入控制信号产生单元211获得抖动机构的控制信号或驱动信号。

将反相干扰信号与驱动信号叠加，最终驱动信号为u(t+Δt)·K₆-r(t)，该信号中包含与r(t)幅度相同相位相反的信号，从而可以抵消干扰信号对抖动控制系统的影响。

在本发明另一实施中，还提供了机抖激光陀螺仪控制系统的一个控制电路示意图，如图4所示，包括磁感应线圈301、仪表放大电路302、ARM处理器303、过零比较电路304、RMS/DC转换电路305、串行存储器306、乘法器307、加法器308和驱动放大电路309。

经仪表放大电路302放大后的信号经RMS/DC转换电路305处理，将信号中有效值转换为直流电压，经过ARM处理器303内的模数转换器ADC2采集，作为幅度PID控制3013的输入，幅度PID控制3013为ARM处理器303中的软件模块，该模块将3012采集的信号与设定值进行比较，以差值作为误差信号，通过数字PID算法，得到幅度控制信号。为消除激光陀螺的动态锁区，幅度PID控制3013输出的信号还要经过加噪模块3011加载处理，并通过ARM处理器303内数模转换器3008输出，经乘法器307调整输出的正弦驱动信号的幅度，实现抖动幅度的闭环控制。

仪表放大电路302放大后的信号还经过零比较电路304转换为方波信号，ARM处理器303内定时器3009捕获方波信号的边沿，并与本地长生的正弦信号的相位进行比较，以其相位差作为误差信号，送入相位PID控制模块3010。相位PID控制3010为ARM处理器303内部的软件模块，该模块利用抖动控制系统的相频特性，当相位差为180°时，驱动信号的频率与谐振频率相同；当相位差小于180°时，驱动信号的频率小于谐振频率；当相位差大于180°时，驱动信号的频率大于谐振频率。据此，可以调整驱动信号的频率，使相位差维持在180°。相位PID控制2010的根据PID控制输出结果，调整定时器3007的溢出频率，触发DMA控制器3005将正弦表3004中数据传输给数模转换器3006，产生与谐振频率相同的正弦信号，实现谐振频率的跟踪。

将仪表放大电路202放大后的信号直接传入模数转换器ADC2后，经就计算处理模块3002处理后，再经数模转换器3003转换送入加法器308中并与乘法器307的输出相加后，经驱动放大电路309放大处理，得到驱动信号。其中，计算处理模块3002中对放大后的输入信号、加噪模块3011加噪处理后的信号及DMA控制器3005中信号数据进行计算处理。

其中，ADC1、ADC2对应于模数转换器3001和模数转换器3012、DAC1、DAC2、DAC3对应于数模转换器3003、数模转换器3006和数模转换器3008。串行存储器306用于保存抖动控制系统各环节传递函数的相关参数。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件来完成，所述的程序可以运行在ARM、单片机、DSP或类似控制器上。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种机抖激光陀螺仪抖动控制系统抗干扰的方法，其特征在于，包括：

采集抖动反馈信号，根据抖动控制系统中抖动机构、角速率传感器及放大电路的传递函数进行逆变换得到抖动机构的输入信号；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集抖动反馈信号，根据抖动控制系统中抖动机构、角速率传感器及放大电路间的传递函数进行逆变换得到抖动机构的输入信号之前还包括：

通过标定获取抖动控制系统中各单元的传递函数。