基于動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀的模型分析與教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、基于動(dòng)力調(diào)諧基于動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀的模型分析與教學(xué)系陀螺儀的模型分析與教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)設(shè)計(jì)TheModelAnalysisTeachingSystemDesignBasedonDynamicTunedGyroscope學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)作者姓名：焦君妍指導(dǎo)教師：李醒飛教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一六年十二月I摘要針對(duì)傳統(tǒng)測控教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備模塊少，功能單一等的不足，本文設(shè)計(jì)一種基于動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀的教學(xué)系統(tǒng)，集系統(tǒng)辨識(shí)、桌面仿真、

2、數(shù)字濾波與降噪、虛擬儀器等技術(shù)于一體，并按照測控系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)流程，對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析、硬件設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先，結(jié)合動(dòng)調(diào)陀螺的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和歐拉動(dòng)力學(xué)原理，得到動(dòng)調(diào)陀螺開環(huán)簡化模型，然后通過系統(tǒng)辨識(shí)方法，獲取模型參數(shù)，并在開環(huán)模型參數(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)陀螺表頭模擬器和教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，最后設(shè)計(jì)了電路實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明設(shè)計(jì)的合理性。主要研究內(nèi)容如下：1.分析了動(dòng)調(diào)陀螺表頭的開環(huán)模型和模型誤差。對(duì)動(dòng)調(diào)陀螺內(nèi)部復(fù)雜的機(jī)械

3、結(jié)構(gòu)進(jìn)行歐拉動(dòng)力學(xué)分析，得到陀螺開環(huán)模型；并根據(jù)陀螺轉(zhuǎn)子的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型誤差分析，獲取陀螺表頭系統(tǒng)辨識(shí)的先驗(yàn)知識(shí)。2.提出正交Levy辨識(shí)法，對(duì)陀螺表頭模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。根據(jù)動(dòng)調(diào)陀螺內(nèi)部強(qiáng)有色噪聲干擾的特點(diǎn)，提出了一種正交Levy辨識(shí)法，將正交投影算法和傳統(tǒng)Levy辨識(shí)法相結(jié)合，提高傳統(tǒng)Levy法抑制噪聲的能力。并通過正交Levy辨識(shí)法獲取陀螺表頭模型參數(shù)，擬合度達(dá)90%以上，為模擬表頭和再平衡回路的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。3.搭建

4、動(dòng)調(diào)陀螺模擬表頭和動(dòng)調(diào)陀螺測控教學(xué)系統(tǒng)，包括模擬表頭的設(shè)計(jì)、積分器的選擇、阻尼參數(shù)的計(jì)算以及再平衡回路中各電路模塊的設(shè)計(jì)。通過理論計(jì)算和桌面仿真的方式，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，為實(shí)驗(yàn)過程中各個(gè)參數(shù)的調(diào)整提供理論指導(dǎo)。4.設(shè)計(jì)動(dòng)調(diào)陀螺測控教學(xué)系統(tǒng)的電路實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)。電路實(shí)驗(yàn)包括陀螺模擬表頭實(shí)驗(yàn)、再平衡回路實(shí)驗(yàn)和閉環(huán)系統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)，對(duì)各個(gè)電路模塊和整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)特性進(jìn)行了驗(yàn)證；系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)包括模擬表頭辨識(shí)實(shí)驗(yàn)和閉環(huán)系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，主要從頻域和模