【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半球谐振陀螺，尤其涉及一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法。
技术介绍
1、半球谐振陀螺是一种基于科里奥利效应的固体振动陀螺，其具有高精度、长寿命、高可靠性、质量小以及体积小等特点，目前已应用于航天、航海、战术等领域，半球谐振陀螺已成为当前惯性导航领域内的研究热点。
2、半球谐振陀螺有力平衡和全角两种工作模式， 在力平衡模式下陀螺振型被控制在固定电极方向，可对半球谐振陀螺上的信号进行频率跟踪，在航空航天、导航和控制系统领域，需要确保高度稳定的陀螺装置来确保系统的精准运行和姿态控制，若因半球谐振陀螺精度不高，则会出现振荡或超调现象，使系统无法稳定运行，因此对提高稳定性的研发需求日益增加，基于全数字频率跟踪需要实现进行数字信号鉴相、滤波，如何实现高精度频率跟踪，提升半球谐振陀螺的性能是目前需要解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是半球谐振陀螺在高精度要求场合中，半球谐振陀螺的系统会存在振荡或超调现象，导致系统难以稳定运行，控制精度不高，目的在于提供一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，以解决上述问题。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，所述半球谐振子频相跟踪控制方法包括以下步骤：
4、s1、对半球谐振子陀螺的半球谐振子系统进行分析，并根据动态行为建立系统模型；
5、s2、设定目标频率和相位；
6、s3、设计p
7、s4、根据系统的实际响应，对pid控制器及状态反馈控制器调整目标，控制算法，生成相应驱动信号，利用反相操作确保半球谐振陀螺的控制信号与预期的控制动作保持一致，校正或修正信号的相位差，保证信号的准确性和稳定性；
8、s5、形成闭环控制系统。
9、上述技术方案中，通过研究半球谐振陀螺的系统模型，设计出pid控制器及状态反馈控制器，将两种控制器进行结合应用在回路中，提高半球谐振陀螺的稳定性。
10、在一些可选的技术方案中，所述s3包括：
11、s31：设计pid控制器；
12、s32：设计状态反馈控制器；
13、s33：设计控制回路；
14、所述s31包括：
15、所述pid控制器通过比例p、积分i和微分d三个部分组成，pid控制器的表达式如下：
16、；
17、其中，u(t)是控制器的输出，即控制输入，它将应用于被控制系统，kp是比例增益，用于根据偏差e(t)来调整控制输入，ki积分增益，用于根据偏差的积分来调整控制输入，kd是微分增益，用于根据偏差的变化率来调整控制输入，e(t)是控制误差，它是设定点或轨迹值与实际被控制变量之间的差异，t表示时间，表示偏差e(t)随时间的积分，用于处理系统的稳态误差；
18、根据pid控制器的数学模型，设计被控制变量与控制输入之间的关系，并分别执行s311至s316；
19、s311、调整比例部分：启动时，将i和d部分的增益设为零，使用p部分进行控制，将比例kp调整第一范围内；
20、s312、使用p部分的控制来观察系统的稳态误差；
21、s313、逐步增加kp，直到稳态误差减小到第二范围内；
22、s314、调整积分部分：根据s312设定kp值，启动i部分，将d部分的增益设为零，逐渐减小积分系数ki，直到消除稳态误差；
23、s315、调整微分部分：将kp和ki分别在第一范围和第三范围内取值，启动d部分，将i部分的增益设定为零，逐渐减小微分系数kd，改善系统的过渡响应，减小超调和振荡；
24、s316、综合调整：进一步微调kp、ki和kd，并通过试验和模拟来验证控制器的性能。
25、上述技术方案中，根据半球谐振陀螺的系统模型，并根据pid控制器的表达式，求出pid控制器部分的输入和输出。
26、在一些可选的技术方案中，所述s32包括：
27、设计状态反馈控制器：状态反馈控制器通过调整状态反馈矩阵实现所需性能，状态反馈控制器的反馈控制在每个控制周期内，测量状态变量并计算控制输入，控制输入的表达式为：
28、；
29、其中，u(t)是控制输入向量，k是状态反馈增益矩阵，x(t)是系统状态向量；
30、将s31中pid控制器的输出作为状态反馈控制器的参考输入，计算得到的控制输入应用于半球谐振陀螺，实现频相跟踪，并根据系统状态对pid控制器的输出进行修正，调节系统的行为，根据反馈控制系统设计控制回路执行s33。
31、上述技术方案中，根据pid控制器的输出，并根据状态反馈控制器的表达式求出参考数值应用在半球谐振陀螺上，两种控制器结合，能够有效提高半球谐振陀螺的稳定性和鲁棒性。
32、在一些可选的技术方案中，半球谐振陀螺在力平衡模式下，通过主振型控制回路和从振型控制回路组成，主振型控制回路驱动半球谐振陀螺在主振型方向振动，令振动频率维持在主振型的谐振频率，并保持正确的相位，为主振型控制回路与其他控制回路提供正确的解调信号，所述s33包括：
33、s331、读取0度电极轴信号，经ad转换送入fpga；
34、s332、对0度电极轴信号进行调解，计算0度电极轴振型的相位；
35、s333、求取前后两次调解的相位差；
36、s334、根据前后两次调解的相位差进行pi校正，求出频率差；
37、s335、校正参考信号频率，初始频率跟踪环节完成，开始锁相环环节；
38、s336、根据校正后的频率信号对0度电极轴信号进行解调，得到0度电极轴振型的相位；
39、s337、由相位值参考信号计算相位误差，根据相位误差进行pi校正，求出频率差；
40、s338、校正参考信号频率，输出驱动信号，控制周期结束。
41、上述技术方案中，根据两种控制器的输入输出，先设计出主振型控制回路，有效控制半球谐振陀螺的稳定性。
42、在一些可选的技术方案中，还包括频相跟踪环路，所述频相跟踪环路用于半球谐振陀螺在正常工作状态下实时跟踪谐振子的谐振频率，并通过锁相环产生同频率、同相位的参考信号用以半球谐振陀螺检测信号的解算和驱动信号的控制量分配，谐振子的输出跟踪信号表达式为：
43、；
44、将上式变形后可得：
45、；
46、其中，δ𝜔为谐振子振动信号与输出跟踪信号之间的频差，δ𝜑为相位差，谐振信号为cos(𝜔𝑡)，将所述频相跟踪控制环路与所述主振型控制回路串联形成闭环控制系统，用于控制并跟踪半球谐振陀螺的振型特征和频率相位特征。
47、上述技术方案中，将主振型控制回路与频相跟踪环路进行串联，形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述半球谐振子频相跟踪控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述S3包括：
4.根据权利要求3所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述S32包括：
5.根据权利要求4所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：半球谐振陀螺在力平衡模式下，通过主振型控制回路和从振型控制回路组成，主振型控制回路驱动半球谐振陀螺在主振型方向振动，令振动频率维持在主振型的谐振频率，并保持正确的相位，为主振型控制回路与其他控制回路提供正确的解调信号，所述S33包括：
6.根据权利要求5所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：还包括频相跟踪环路，所述频相跟踪环路用于半球谐振陀螺在正常工作状态下实时跟踪谐振子的谐振频率，并通过锁相环产生同频率、同相
...【技术特征摘要】
1.一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述半球谐振子频相跟踪控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述s3包括：
4.根据权利要求3所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：所述s32包括：
5.根据权利要求4所述的一种半球谐振陀螺的半球谐振子频相跟踪控制方法，其特征在于：半球...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永德，
申请(专利权)人：四川图林科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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