一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，包括：将扰动信号引入全角半球谐振陀螺的幅值控制回路中，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数a的幅值信号；基于若干组所述幅值信号，获取扰动

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法


[0001]本专利技术属于惯性仪表控制
，尤其涉及一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法。

技术介绍

[0002]半球谐振陀螺是一种基于科氏效应的固体波动陀螺。目前，半球谐振陀螺具有两种控制方法，分别为力平衡模式与全角模式。力平衡模式需要通过驱动力抑制驻波方位角进动，其动态测量范围会受到驱动力的限制，为闭环模式；而全角模式下驻波方位角能够自由进动，陀螺仪具有无限大的带宽和动态测量范围，为开环模式。
[0003]尽管以全角模式工作的陀螺仪为开环模式，但是其内部的幅值、正交控制回路仍为闭环控制。因此，需要考虑闭环控制回路的带宽。控制回路的带宽取决于PID控制器参数以及半球谐振子特征参数，而半球谐振子具有的高品质因数会导致较大的时间常数，进而引起闭环控制回路的滞后。尽管其不会限制全角陀螺仪的测量范围，但是当外界输入转速较大时，控制系统的滞后会使得幅值控制回路与正交控制回路无法快速跟踪椭圆参量a与q的变化。而当椭圆参量a与q存在较大波动时，解算角度的变化量中的阻尼误差项与刚度误差项均会增大，这将会直接降低陀螺仪的量测精度。
[0004][0005]在实际应用过程中，以现有技术测量控制回路带宽的方法如下：将闭环控制回路中的常值设定改为正弦信号输入，通过输入多个频率的正弦信号并测量相应的响应信号幅值，并绘制出控制系统的幅频特性曲线，进而得到控制系统带宽。该方法不仅需要对陀螺仪的运行程序进行较大的修改，并且需要消耗较多的芯片资源来生成正弦信号，还需要分别测试幅值、正交控制回路的带宽，因此实施起来有诸多不便。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，克服了在实际应用过程中全角半球谐振陀螺的控制回路带宽难以测量的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，包括：
[0008]将扰动信号引入全角半球谐振陀螺的幅值控制回路中，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数的幅值信号；
[0009]基于若干组所述幅值信号，获取扰动
‑
输出闭环传递函数的幅频特性模型；
[0010]识别所述幅频特性模型中预设位置对应的频率，获取输入
‑
输出控制系统的带宽频率，基于所述带宽频率获得所述控制回路带宽。
[0011]可选地，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数的幅值信号包括：
[0012]将半球谐振陀螺固联在单轴转台上，以全角模式运行所述半球谐振陀螺，获取全角半球谐振陀螺的所述幅值控制回路；
[0013]调整所述幅值控制回路中检测通道增益系数，获取此时的幅值信号；
[0014]将所述扰动信号引入所述幅值控制回路中，基于预设转台转速运行所述半球谐振陀螺，获取若干组所述幅值信号。
[0015]可选地，所述幅值信号的表达式为：
[0016][0017]其中，a
c
为解算得到的幅值信号，a为椭圆参量，g
x
与g
y
均为检测通道增益系数，θ为驻波方位角。
[0018]可选地，所述扰动
‑
输出闭环传递函数基于所述扰动信号引入所述幅值控制回路中获得；
[0019]所述扰动
‑
输出闭环传递函数的表达式为：
[0020][0021]其中，C(s)为输出信号，N(s)为扰动信号，G(s)为开环传递函数，τ为阻尼时间常数，s为微分算子，K为开环传递函数的增益系数，K
P
为比例控制系数，K
I
为积分控制系数，Φ
N
(s)为扰动
‑
输出闭环传递函数。
[0022]可选地，所述扰动
‑
输出闭环传递函数的幅频特性为：
[0023][0024]其中，G(jω)为开环传递函数，ω为复频域的信号角频率，j为虚数，s＝jω。
[0025]可选地，所述幅频特性模型包括横轴与纵轴；
[0026]所述横轴为外界输入旋转频率，所述纵轴为所述扰动信号的响应幅值。
[0027]可选地，获取输入
‑
输出控制系统的带宽频率包括：
[0028]识别所述幅频特性模型中预设位置对应的频率，获得扰动
‑
输出控制系统的带宽频率；
[0029]将所述扰动
‑
输出控制系统的带宽频率，近似为输入
‑
输出控制系统的带宽频率。
[0030]可选地，所述控制回路带宽的表达式为：
[0031][0032]其中，ω
Nb
为扰动
‑
输出控制系统的带宽频率。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0034]本专利技术中首次揭示了全角半球谐振陀螺控制回路的带宽对于陀螺仪控制精度的影响，并且针对此控制回路提出了一种带宽测量方法，能够准确地测量幅值控制回路的带宽频率。该方法不需要消耗芯片资源来生成正弦信号，因此也不需要对运行程序进行任何的修改，并且该方法可以通过一次测试同时得到幅值、正交控制回路的带宽，而不需要分别测试幅值、正交控制回路的带宽，简化了测试方法，提升了测试效率。本专利技术为全角半球谐振陀螺仪提出了一种新的控制器性能指标以及一种有效的控制系统带宽测量方法。
附图说明
[0035]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0036]图1为本专利技术实施例的一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法流程示意图；
[0037]图2为本专利技术实施例的全角半球谐振陀螺的控制系统框图；
[0038]图3为本专利技术实施例的幅值控制回路的闭环传递函数框图；
[0039]图4为本专利技术实施例的对于图3进行化简后的闭环传递函数框图；
[0040]图5为本专利技术实施例的调整检测通道的增益系数g
x
与g
y
后，a
c
随着θ呈正弦变化的曲线图；
[0041]图6为本专利技术实施例的引入扰动信号的控制系统闭环传递函数框图；
[0042]图7为本专利技术实施例的扰动
‑
输出控制系统闭环传递函数的波特图；
[0043]图8为本专利技术实施例的输入
‑
输出控制系统闭环传递函数的波特图。
具体实施方式
[0044]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0045]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，其特征在于，包括：将扰动信号引入全角半球谐振陀螺的幅值控制回路中，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数的幅值信号；基于若干组所述幅值信号，获取扰动
‑
输出闭环传递函数的幅频特性模型；识别所述幅频特性模型中预设位置对应的频率，获取输入
‑
输出控制系统的带宽频率，基于所述带宽频率获得所述控制回路带宽。2.根据权利要求1所述的用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，其特征在于，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数的幅值信号包括：将半球谐振陀螺固联在单轴转台上，以全角模式运行所述半球谐振陀螺，获取全角半球谐振陀螺的所述幅值控制回路；调整所述幅值控制回路中检测通道增益系数，获取此时的幅值信号；将所述扰动信号引入所述幅值控制回路中，基于预设转台转速运行所述半球谐振陀螺，获取若干组所述幅值信号。3.根据权利要求1所述的用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，其特征在于，所述幅值信号的表达式为：其中，a
c
为解算得到的幅值信号，a为椭圆参量，g
x
与g
y
均为检测通道增益系数，θ为驻波方位角。4.根据权利要求1所述的用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，其特征在于，所述扰动
‑
输出闭环传递函数基于所述扰动信号引入所述幅值控制回路中获得；所述扰动
‑
输出闭环传递函数的表达式为：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜中星，徐睿东，张勇刚，南方伯，李德民，于宗帅，韩莹冰，
申请(专利权)人：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心，
类型：发明
国别省市：