[发明专利]一种光纤陀螺高动态控制方法

权利要求书

1.一种光纤陀螺高动态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、对光纤陀螺的动态性能进行分析；所述步骤一，在装置闭环光纤陀螺光路中，设计一种信号检测系统，包括前向通道、数字信号处理器和反馈通道；随着方波调制和相位斜坡反馈，干涉强度写为

其中α是整个光路的总损耗，I₀是光源的输出光强，是用于抵消的数字相位斜坡的反馈相位阶梯，是Sagnac相移，f_s(t)是幅度为±1且周期为2τ的调制方波；

步骤二、在考虑噪声、时滞和参数不确定性的情况下，建立光纤陀螺闭环控制系统的数学模型；

步骤三、优化设计光纤陀螺的控制算法，优化设计状态反馈控制律，以提高系统的指数稳定性，使其存在噪声、时滞和参数不确定性的情况下，闭环系统仍然是满足性能指标要求的所求控制问题的解，最终能够提高系统的鲁棒稳定性；其中所述步骤二如下：

考虑到闭环光纤陀螺中存在噪声、时滞和参数不确定性，将光纤陀螺闭环系统的数学模型描述为：

x(k+1)＝Ax(k)+B(k₁+△k₁)sin(-k_mK_cx(k))+B(k₁+△k₁)sin(-k_mK_cx(k-d))

其中x∈Rⁿ为系统的状态变量，Rⁿ为n维列向量，零采样时间的初始条件为x(k₀)，d为状态的滞后时间，k为自变量，k₁为前向通道增益，△k₁为k₁的变化量，k_m为反馈通道增益，其满足K_D/A、K_dri、K_IOPM分别是D/A转换器、D/A驱动电路和集成光学相位调制器的比例因子，K_c是反馈增益矩阵，u(k)＝-k_mK_cx(k)，u(k)∈R为控制向量，n_DA是D/A转换器的转换位，A、B为实常数矩阵且

所建立的闭环控制系统包括前向通道，控制器和反馈通道；，

所述步骤三，优化设计光纤陀螺的控制算法，设计反馈增益矩阵K_c，然后在光纤陀螺闭环控制系统数学模型的基础上，优化设计状态控制向量u(k)，提高系统的鲁棒稳定性；为了设计符合条件的控制向量u(k)，结合系统指数稳定的含义，得出保证系统局部指数稳定的充分条件，由定理1给出；对于含有时滞的光纤陀螺系统，定理1为其提供了保证系统局部指数稳定的充分条件，通过如下定理1即得到反馈增益矩阵K_c：

考虑光纤陀螺中存在的非线性、时滞和参数不确定性，设计反馈增益矩阵K_c，保证系统在反馈相移时局部指数稳定的充分条件为：存在正定矩阵G,J,S∈R^n×n，反馈增益矩阵K_c∈R^1×n和正数β、κ₁、κ₂使得其中κ₃为正常数，H、E为常数矩阵，I为单位矩阵。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺高动态控制方法，其特征在于：所述步骤一中在装置闭环光纤陀螺光路中，设计一种信号检测系统，包括前向通道、数字信号处理器和反馈通道，具体包括：光源发出的光被光纤耦合器分成两束，其中一束传播到集成光学相位调制器(IOPM)中，经IOPM偏振光分为顺时针和逆时针两束分别通过光纤线圈，通过诱导Sagnac相位，两束光在IOPM上发生相干干涉，再经过光纤耦合器进入前向通道，前向通道依次包含了光电探测器、低通滤波器、模数转换器，通过模数转换器连接了数字输出处理器，其依次包含了解调器、FIR滤波器、控制器，控制器的一个方向为陀螺输出，另一个方向连接着反馈通道，依次包含了数模转换器和驱动电路，反馈到IOPM上；

考虑到闭环光纤陀螺存在参数不确定性、非线性和时滞，得到光纤陀螺闭环系统的数学模型，所建立的闭环控制系统的数学模型包括前向通道，控制器和反馈通道；在考虑噪声、时滞和参数不确定性的情况下设计系统的控制算法，并按照权利要求1所述的方法，通过定理1即可求解得到反馈增益矩阵。