[发明专利]一种闭环光纤陀螺最小拍控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术，涉及一种闭环光纤陀螺最小拍控制方法。

背景技术

随着光纤陀螺技术的发展，光纤陀螺以其所具有的低成本、高可靠性、高带宽、全固态、小体积等优点，广泛地应用于航空、航天、航海、陆用导航制导与控制等军用惯性测量领域以及诸多民用惯性测量领域。作为惯性测量系统的核心敏感器件，光纤陀螺的性能指标将严重影响惯性测量系统的应用精度。在很多高动态、大机动、高频振动应用场合，光纤陀螺的动态性能一直被视为一种重要的性能指标要求。光纤陀螺动态性能的优劣将严重制约惯性系统在动态环境下的应用精度，甚至是决定光纤陀螺能否适用于该环境条件的关键性能指标之一。

目前，光纤陀螺普遍采用数字闭环方案。在闭环光纤陀螺中，采用集成光学调制器(IOC)对外界转动引起的顺逆时针传播两束光之间相位差进行补偿，使得陀螺始终工作在零相位附近。光纤陀螺闭环检测与控制的过程可以表述为：外界的转动使光纤陀螺内顺逆时针传播的两束光之间产生于转速大小成正比的Sagnac相移，由于干涉作用使出射光强发生变化，此光强信号由探测器(PIN-FET)转化为电压信号，前置放大和滤波电路对其进行调理，再由A/D转换器将其转化为数字信号；A/D采样的电压量化信号送入陀螺信号处理芯片，由信号处理芯片解调出相位差，并对解调值进行一次数字积分，最后以一定的比例系数叠加到反馈阶梯波上对Sagnac相移进行补偿，使陀螺恢复到零相位状态。

由于目前闭环光纤陀螺的控制回路中，一般使用的控制器（亦可称为控制算法）是积分控制器，采用积分控制器的整个光纤陀螺控制系统则可近似视为一个惯性环节。在实际应用过程中发现，由于惯性环节的相位滞后效应，使光纤得陀螺的动态响应相对于动态输入具有较大的滞后时间，动态调整时间较长，动态跟踪误差较大，影响了系统应用精度，使得光纤陀螺的动态环境适应性较差。

发明内容

本发明的目的：提供一种闭环光纤陀螺最小拍控制器及控制方法，应用该控制器及控制方法能够使光纤陀螺对于外界动态转速输入具有最小时间响应，使得光纤陀螺能够在最短时间内跟踪特定的输入信号，从而减小光纤陀螺动态响应的调节时间和动态跟踪误差。

本发明的技术方案：一种闭环光纤陀螺最小拍控制方法，首先按照闭环光纤陀螺的工作原理，建立闭环光纤陀螺的数字离散控制模型结构；其次，按照光纤陀螺闭环控制回路中各个环节的作用效果，建立控制回路各个环节的模型，并通过相关测试和计算得到具体而准确的模型参数，从而得到被控对象的准确传递函数；然后按照所需要达到的最小时间响应控制效果，分别针对特定的输入信号，依据数字控制器的解析设计方法来完成闭环光纤陀螺最小拍控制器的设计；最后，将所设计的闭环光纤陀螺最小拍控制器转换成状态空间方程式，以能够被光纤陀螺信号处理芯片完成最小拍控制器的实施。

所建立的闭环光纤陀螺的数字离散控制模型结构中，信号依次通过干涉作用、光电探测器、前置放大滤波器、AD转换器、采样、误差解调、最小拍控制器运算处理、反馈阶梯波生成、阶梯波驱动、集成光学调制器，实现光纤陀螺对外界转速引起的相位差进行补偿的闭环控制。

所述的闭环光纤陀螺最小拍控制方法，其被控对象的传递函数G(z)如公式（1）所示：