一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法技术

本发明专利技术涉及激光惯性导航技术领域，尤其是一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，包括硬件电路和基于该硬件电路的控制方法，所述硬件电路由两个运算放大器通道、一个具备模数转换和数模转换的微控制器组成，本发明专利技术将抖动反馈信息经过滤波放大后输入给微控制器的模数转换，通过定时器中断处理抖动反馈信息后，通过数模转换输出给抖动驱动放大电路，抖动驱动放大电路驱动抖动轮，抖动轮上的抖动信息通过激光陀螺上的抖动反馈角速度传感器提取抖动反馈信息。馈信息。馈信息。

【技术实现步骤摘要】
一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法


[0001]本专利技术涉及激光惯性导航
，具体领域为一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法。

技术介绍

[0002]激光惯导系统的核心组件激光陀螺，其具有精度高、启动快、动态范围宽、比例因子线性度好以及对加速度不敏感等优点，已经广泛应用于航空、航天以及航海等领域。
[0003]激光陀螺是利用环形光路的Sagnac效应，即沿顺、逆时针在任意几何闭合光路相对运行两束光的相位差与该闭合光路相对于惯性空间的转动速率成线性关系。两束光的耦合及其散射等因素导致了激光陀螺的闭锁现象，采用机械抖动消除闭锁的机抖激光陀螺得以实际应用。
[0004]受限于早期微控制器计算水平，微控制器选择的是8051这样的8位单片机，最开始开发激光陀螺抖动控制电路时只能采用诸如真有效值、模拟乘法器以及电压比较器等专用功能芯片辅助微控制器，实现抖动的模拟闭环控制。模拟抖动闭环控制的缺点是专用芯片较多、价格昂贵、成本高、功耗高，无法实现专用芯片的100％国产化替代。
[0005]一方面100％国产化替代过程中，专用的芯片无法找到替代的国产规格型号；一方面随着技术的进步，微控制器的计算能力大大增强，响应速度更加顺捷，功耗更低，完全有能力在微控制器内部通过软件的方法，替代专用的芯片；一方面设备小型化要求电路板的尺寸进一步缩小；一方面竞争普遍化要求成本、功耗以及精度进一步优化。
[0006]在低成本、低功耗、小型化、高精度以及100％国产化要求的大背景下，全数字化抖动闭环控制就成了激光陀螺抖动闭环控制的唯一出路。全数字抖动闭环控制就是基于已有的模拟抖动闭环控制方法，通过软件的方法替代专用芯片，降低专用芯片的成本与功耗，实现抖动闭环控制由模拟到数字的转变，使得100％国产化原位替代变为现实。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，将模拟抖动闭环控制改造成全数字抖动闭环控制，全面通过软件的方法替代真有效值计算、模拟乘法器、电压比较器等专用的芯片，其特点是面积小、成本低、功耗低且易于实现国产化的原位替代。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，包括硬件电路和基于该硬件电路的控制方法，所述硬件电路由两个运算放大器通道、一个具备模数转换和数模转换的微控制器组成，两个运算放大器通道包括抖动反馈滤波放大电路和抖动驱动放大电路，抖动反馈角速度传感器检测抖动轮并输出信号至抖动反馈滤波放大电路，抖动反馈滤波放大电路输出信号在微控制器的模数转换端，微控制器处理后输出信号至数模转换端，微控制器的数模转换端输出信号至抖动驱动放大电路，抖动驱动放大电路驱动抖动轮运行；
[0009]所述的控制方法为：
[0010](1)将抖动反馈信息经过滤波放大后输入给微控制器的模数转换；
[0011](2)通过微控制器中的定时器中断处理抖动反馈信息后；
[0012](3)通过数模转换输出给抖动驱动放大电路；
[0013](4)抖动驱动放大电路驱动抖动轮；
[0014](5)抖动轮上的抖动信息通过激光陀螺上的抖动反馈角速度传感器提取抖动反馈信息；
[0015](6)依此步骤(1)
‑
(5)循环形成闭环处理控制。
[0016]在其中一些实施例中，所述的微控制器为具备12位模数转换和12位数模转换的微控制器。
[0017]在其中一些实施例中，根据控制方式中步骤(1)所示，其具体实现方式为：
[0018]1)通过ADC采集抖动反馈信息；
[0019]2)通过在一个抖动周期内数字绝对值积分器的累计数值，得到抖动反馈信息的有效值；
[0020]3)通过有效值与抖动幅度设置值的抖动幅度误差作为抖动稳幅PID算法的误差输入获得抖动稳幅输出。
[0021]在其中一些实施例中，根据控制方式中步骤(2)
‑
(3)所示，其具体实现方式为：
[0022]1)抖动反馈信息在定时器中断中获得抖动过零信息；
[0023]2)在抖动过零信息过零点上升沿时通过噪声深度设置值和抖动稳幅PID算法的输出进行抖动噪声计算；
[0024]3)抖动噪声计算的输出与抖动稳幅PID算法相加得到抖动驱动系数；
[0025]4)抖动驱动系数与模数转换采集的抖动反馈信息通过数字乘法器得到数模转换输出的抖动驱动信息。
[0026]在其中一些实施例中，定时器中断中处理流程为：
[0027]1)进入定时器中断后判断抖动控制标志；
[0028]2)抖动控制标志中0表示抖动处于外界指令使抖动停抖过程，1表示参数初始化过程，2表示抖动谐振频率扫描过程，3表示抖动正常谐振过程；
[0029]3)中断程序默认的抖动控制标志为1；
[0030]4)首先进入参数初始化过程，完成初始化后续的流程后抖动控制标志设置成2，进入抖动谐振频率扫描过程；
[0031]5)抖动谐振频率扫描过程中找到谐振频率后，抖动控制标志置3，抖动过程进入正常谐振状态；
[0032]6)抖动控制标志为0是外界指令使抖动停止工作预设时间的状态，外界可以一直发抖动控制标志置0的停抖指令使抖动停抖，如果外界不一直发抖动控制标志置0的停抖指令，预设时间后抖动控制标志置1，重新初始化、抖动谐振频率扫描以及正常谐振；
[0033]7)抖动控制标志为1时，抖动控制标志置2，停抖保护超时计数清零；
[0034]8)抖动控制标志为0或者停抖保护超时计数清零时抖动参数初始化；抖动参数初始化后停抖保护超时计数累加，停抖保护超时计数超过预设时间时，抖动控制标志置1；抖动控制标志置1后进行抖动驱动计算与DAC输出；
[0035]9)抖动控制标志为2时抖动谐振频率扫描输出；
[0036]10)抖动控制标志为3或抖动谐振频率扫描输出时ADC采样抖动反馈，ADC采样抖动反馈绝对值累加后定时器中断计数累加，判断定时器中断计数是否小于等于门限；
[0037]11)定时器中断计数大于门限时，定时器中断计数清零与ADC采样抖动反馈绝对值累加清零，停抖超时计数累加，当停抖超时计数超过门限时停抖超时计数清零且抖动控制标志置1，同时增大抖动稳幅PID参数1倍；
[0038]12)抖动稳幅PID参数增大1倍是在抖动谐振频率扫描转成抖动正常谐振过程中由于抖动轮品质因数较小无法谐振而必须调大抖动稳幅PID参数；
[0039]13)定时器中断计数大于门限引起的增大抖动稳幅PID参数1倍或定时器中断计数小于等于门限后判断抖动过零标志；
[0040]14)抖动过零标志中0表示抖动反馈信号负半周，1表示抖动反馈信号正半周；
[0041]15)抖动过零标志为1抖动反馈信息处于负半周时，ADC采样抖动反馈值小于负过零门限时抖动过零标志置0且求取ADC采样抖动反馈有效值，若此时抖动控制标志为2、抖动反馈有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，其特征在于：包括硬件电路和基于该硬件电路的控制方法，所述硬件电路由两个运算放大器通道、一个具备模数转换和数模转换的微控制器组成，两个运算放大器通道包括抖动反馈滤波放大电路和抖动驱动放大电路，抖动反馈角速度传感器检测抖动轮并输出信号至抖动反馈滤波放大电路，抖动反馈滤波放大电路输出信号在微控制器的模数转换端，微控制器处理后输出信号至数模转换端，微控制器的数模转换端输出信号至抖动驱动放大电路，抖动驱动放大电路驱动抖动轮运行；所述的控制方法为：(1)将抖动反馈信息经过滤波放大后输入给微控制器的模数转换；(2)通过微控制器中的定时器中断处理抖动反馈信息后；(3)通过数模转换输出给抖动驱动放大电路；(4)抖动驱动放大电路驱动抖动轮；(5)抖动轮上的抖动信息通过激光陀螺上的抖动反馈角速度传感器提取抖动反馈信息；(6)依此步骤(1)
‑
(5)循环形成闭环处理控制。2.根据权利要求1所述的一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，其特征在于：所述的微控制器为具备12位模数转换和12位数模转换的微控制器。3.根据权利要求1或2所述的一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，其特征在于：根据控制方式中步骤(1)所示，其具体实现方式为：1)通过ADC采集抖动反馈信息；2)通过在一个抖动周期内数字绝对值积分器的累计数值，得到抖动反馈信息的有效值；3)通过有效值与抖动幅度设置值的抖动幅度误差作为抖动稳幅PID算法的误差输入获得抖动稳幅输出。4.根据权利要求3所述的一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，其特征在于：根据控制方式中步骤(2)
‑
(3)所示，其具体实现方式为：1)抖动反馈信息在定时器中断中获得抖动过零信息；2)在抖动过零信息过零点上升沿时通过噪声深度设置值和抖动稳幅PID算法的输出进行抖动噪声计算；3)抖动噪声计算的输出与抖动稳幅PID算法相加得到抖动驱动系数；4)抖动驱动系数与模数转换采集的抖动反馈信息通过数字乘法器得到数模转换输出的抖动驱动信息。5.根据权利要求4所述的一种激光陀螺全数字抖动闭环控制方法，其特征在于：定时器中断中处理流程为：1)进入定时器中断后判断抖动控制标志；2)抖动控制标志中0表示抖动处于外界指令使抖动停抖过程，1表示参数初始化过程，2表示抖动谐振频率扫描过程，3表示抖动正常谐振过程；3)中断程序默认的抖动控制标志为1；4)首先进入参数初始化过程，完成初始化后续的流程后抖动控制标志设置成2，进入抖动谐振频率扫描过程；
5)抖动谐振频率扫描过程中找到谐振频率后，抖动控制标志置3，抖动过程进入正常谐振状态；6)抖动控制标志为0是外界指令使抖动停止工作预设时间的状态，外界可以一直发抖动控制标志置0的停抖指令使抖动停抖，如果外界不一直发抖动控制标志置0的停抖指令，预设时间后抖动控制标志置1，重新初始化、抖动谐振频率扫描以及正常谐振；7)抖动控制标志为1时，抖动控制标志置2，停抖保护超时计数清零；8)抖动控制标志为0或者停抖保护超时计数清零时抖动参数初始化；抖动参数初...

【专利技术属性】
技术研发人员：金贝利，祝于高，顾逸霏，尹业宏，彭煜，刘金辉，
申请(专利权)人：武汉华中天易星惯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：