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硕士学位论文 激光陀螺机抖控制数字化研究，共77页。
摘 要
激光陀螺因高精度、高可靠性、高性价比及抗冲击能力等诸多优势，在军、民等诸多领域得到了广阔的的发展空间。同时伴随着数字处理芯片的快速向前发展，国内激光陀螺产品对数字化、集成化要求亟待解决，尤其是机抖控制系统的数字化。当前大部分陀螺机抖电路，采用模拟电子器件构建控制系统，由于采用的是分离电子元器件或者模拟 IC，造成系统体积偏大，扩展能力弱，信号处理繁冗、还存在温漂及噪声影响大等特点，这些问题极力阻碍着市场的需求。因此，设计数字化的机抖控制系统，可以有效推动数字化、微型化的激光陀螺产品发展。本文将数字信号处理器 DSP 引入激光陀螺机抖控制系统，作为核心的数据处理和控制单元，实现机抖幅度控制、频率跟踪和噪声注入任务要求。
本文首先详细介绍激光陀螺工作机理和分析闭锁误差及其解决办法，通过传递函数对抖动机构进行频率特性分析，得到了抖幅在环路控制中需保持相对稳定、频率实时同步跟踪的要求，还对噪声的注入方式和强度要求进行介绍。提出通过采集抖动反馈信号均方根值，调制输出方波占空时间的方法达到机抖稳幅。采用比较器对信号进行过零点的检测，输出两路中断信号给 DSP 进行相关判断。设计出 DSP 通过四路端口组合控制
输出激励方波并进行高压放大，同时解决高压放电问题。
利用 MATLAB 对陀螺控制环路进行模拟，引入 PID 方法对幅度控制进行设计。通过仿真，幅频裕度、相频裕度、响应快速性及稳态误差都能很好满足机抖控制。在 DSP软件设计中，结合工程试凑法和仿真实验判定 PID 的调节参数，通过改变占空时间，实现 PID 控制机抖激励幅值调整和噪声注入，采用捕获中断实现频率跟踪。
最后，通过实验进行板级性能测试和陀螺综合测试系统评估，利用实验方法得出噪声注入强度。结果表明，本文设计的数字化机抖控制系统性能良好，能够满足控制要求。
关键词：激光陀螺，机械抖动，数字化控制，PID

目录
1 绪论 1
11 激光陀螺概论 1
111 激光陀螺基本特性 1
112 激光陀螺发展历程 2
12 激光陀螺电路数字化技术发展与研究现状 4
121 激光陀螺电路数字化意义 4
122 国外机抖控制电路研究情况 5
123 国内机抖控制电路研究情况 6
13 本课题研究目的及意义 7
14 论文主要工作及安排 7
2 激光陀螺工作原理及机抖系统误差分析 8
21 激光陀螺原理—SAGNAC 效应 8
22 激光陀螺闭锁效应 10
23 消锁偏频方法机理 11
24 数字信号抖动方法分析 13
25 本章小结 17
3 数字机抖控制系统硬件实现 18
31 偏频对抖动控制要求 18
32 模拟机抖控制系统设计方案 19
33 数字机抖控制系统总体设计思路 19
34 TMS320F2812 芯片概述 20
35 外围电路模块设计 23
351 电源电路设计 23
352 信号调理电路设计 25
353 信号精密整流及过零比较电路设计 26
354 功率放大电路设计 29
36 电路设计中主要问题 32
37 本章总结 33
4 数字机抖控制算法实现 34
41 机抖软件控制实现步骤 34
42 DSP、A/D 采集控制设计 35
43 PID 理论 37
44 参数整定方法 40
45 机抖幅度控制分析 41
451 机抖控制要求 41
452 机抖控制流程分析 42
453 PID 仿真及优化 43
46 跟踪相位特性分析 47
47 DSP 控制器程序实现 48
471 稳幅与频率跟踪设计 48
472 噪声注入实现 52
48 本章小结 53
5 性能测试及分析 54
51 机抖激励与抖动反馈信号验证测试 54
52 稳幅与频率跟踪验证测试 55
53 陀螺的精度测试 56
54 漂移稳定性分析 57
55 激光陀螺零漂测试 58
56 陀螺噪声注入测试 58
57 本章小结 59
6 总结与展望 61
61 论文总结 61
62 工作展望 61
参考文献 63