【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于惯性仪表控制，涉及一种谐振陀螺仪控制系统及方法，尤其是一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统及方法。
技术介绍
1、陀螺仪是惯性导航系统的核心部件。谐振陀螺仪具有启动时间短、漂移噪声低、长期漂移稳定性好等优点，在惯性导航领域有广泛应用。
2、谐振陀螺仪有力反馈和全角两种控制方式，力反馈方式靠施加力抑制驻波进动，施力大小即为陀螺仪敏感到外界角速率的大小，所以以力反馈方式运行的陀螺仪又叫速率陀螺仪。全角方式下，谐振子驻波自由进动，通过驻波进动角度敏感外界角度输入的大小，因此全角方式的陀螺仪又叫速率积分陀螺。
3、力反馈方式的陀螺特点是噪声低、测量精度高，但测量范围较小，受限于施力的大小。全角方式的陀螺特点是动态测量范围大、带宽高，标度因数稳定，但测量精度较低。
4、如何把两种方式的优点结合起来，成为近年来的一个技术难题。在一些现有方案中，例如专利cn202011288482“一种半球谐振陀螺工作方式自适应系统及控制方法”和专利cn202110009141“一种半球谐振陀螺的工作方式切换控制方法及系统”中提出的两种工作方式在一定条件下进行工作方式切换的方案，这些工作方式切换的方案下，会导致切换过程中存在信号跳变现象，会影响陀螺实际应用时的精度。
5、因此，本专利技术提出一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统及方法。，能够克服上述问题。
6、经检索，未发现与本专利技术相同或相近似的现有技术的公开文献。
技术实现思路
2、本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
3、一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统，包括：谐振子、检测电极、缓冲放大器、adc、解调滤波模块、陀螺控制模块、dac和激励电极；
4、所述谐振子与振动敏感单元形成电极，根据功能区分为检测电极和激励电极；所述谐振子的输出端依次与检测电极、缓冲放大器和adc相连接，该检测电极获取谐振子的振动信号，经过缓冲放大器的放大，进入adc后转换成数字信号；
5、该adc通过解调滤波模块与陀螺控制模块相连接，该数字信号经过解调滤波模块后，得到谐振子的振动幅度信息后输出至陀螺控制模块，该陀螺控制模块利用谐振子的振幅信息进行计算后，得到应当施加到谐振子上的激励信号的大小；在经过dac转换成模拟电压信号，施加到激励电极上，以保持陀螺仪的正常工作。
6、而且，所述陀螺控制模块包括：力反馈控制模块、全角控制模块、积分器模块、归一化组合模块和施力计算模块；所述解调滤波模块的信号分别输出至力反馈控制模块和全角控制模块中，力反馈模块输出角速率信号，经过一个积分器模块后，与全角控制模块的角度输出信号在归一化组合模块中进行计算；归一化组合模块计算出角度输出，送出到上位机；同时，力反馈控制模块和全角控制模块还会计算出需要施加的激励信号的大小，各自送入施力计算模块后，施力计算模块将需要施加的激励电压的信号送入dac中。
7、一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制方法，包括以下步骤：
8、步骤1、测量力反馈方式的标度因数和全角方式的布莱恩系数；
9、步骤2、将力反馈方式的角速率输出积分，得到角度输出；
10、步骤3、将全角方式的角度输出与力反馈方式的角度输出进行标度统一；
11、步骤4、将全角方式的角度输出与力反馈方式的角度输出进行组合。
12、而且，所述步骤1的具体方法为：
13、在系统工作之前需要测量得到力反馈方式的标度因数kftr和全角方式的布莱恩系数α。
14、而且，所述步骤2的具体方法为：
15、系统工作后，利用陀螺控制模块6的积分器，将力反馈方式输出角速率积分得到角度输出
16、而且，所述步骤3的具体方法为：
17、将积分后的力反馈方式的角度输出θftr除以标度因数kftr得到归一化后的力反馈方式角度输出，然后将全角方式的角度输出θwa除以布莱恩系数α得到归一化后的全角方式角度输出。
18、而且，所述步骤4的具体方法为：
19、利用陀螺控制模块6的归一化组合模块，实现角度输出的组合，最终的角度输出为θout＝θftr/kftr+θwa/α。
20、本专利技术的优点和有益效果：
21、1、本专利技术提出一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统及方法，应用于半球谐振陀螺仪的控制中，是半球谐振陀螺实现大动态范围角度测量的一种实现方式，本专利技术能够不进行工作方式切换就能够将两种工作方式的优点相互结合。力反馈方式的输出是角速率，经过积分就可以转换成角度输出。同时，全角方式本身就是角度输出。经过标度因数的变换，将力反馈方式的角度输出与全角方式的角度输出相叠加，使陀螺仪输出角度与敏感到的外界角度成正比，就完成了两种工作方式的组合控制。
22、2、本专利技术的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统及方法，通过力反馈方式和全角方式组合输出，实现了将力反馈方式的优势和全角方式的优势相结合，在低速率输入时输出精度高，在高速率输入时，带宽高且标度因数稳定。
23、3、本专利技术的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统及方法，不需要进行两种工作方式的切换，避免了切换过程中的信号跳变现象。两种工作方式始终同时存在，两者叠加工作，不存在切换过程，使信号连续输出，无信号跳变。
24、4、本专利技术的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统及方法，通过数字信号控制，将力反馈方式和全角方式中需要对电极施加的力进行叠加，不需要添加额外的控制系统或计算模块，结构简单。
25、5、本专利技术的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统及方法，与力反馈陀螺仪或全角陀螺仪相比，适用于更多的应用场景。
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1.一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统，其特征在于：包括：谐振子、检测电极、缓冲放大器、ADC、解调滤波模块、陀螺控制模块、DAC和激励电极；
2.根据权利要求1所述的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统，其特征在于：所述陀螺控制模块包括：力反馈控制模块、全角控制模块、积分器模块、归一化组合模块和施力计算模块；所述解调滤波模块的信号分别输出至力反馈控制模块和全角控制模块中，力反馈模块输出角速率信号，经过一个积分器模块后，与全角控制模块的角度输出信号在归一化组合模块中进行计算；归一化组合模块计算出角度输出，送出到上位机；同时，力反馈控制模块和全角控制模块还会计算出需要施加的激励信号的大小，各自送入施力计算模块后，施力计算模块将需要施加的激励电压的信号送入DAC中。
3.一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：
5.根据权利要求3所述的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制方法，其特征在于：所述步骤2的具体方
6.根据权利要求3所述的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：
7.根据权利要求3所述的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统，其特征在于：包括：谐振子、检测电极、缓冲放大器、adc、解调滤波模块、陀螺控制模块、dac和激励电极；
2.根据权利要求1所述的一种谐振陀螺仪力反馈与全角组合控制系统，其特征在于：所述陀螺控制模块包括：力反馈控制模块、全角控制模块、积分器模块、归一化组合模块和施力计算模块；所述解调滤波模块的信号分别输出至力反馈控制模块和全角控制模块中，力反馈模块输出角速率信号，经过一个积分器模块后，与全角控制模块的角度输出信号在归一化组合模块中进行计算；归一化组合模块计算出角度输出，送出到上位机；同时，力反馈控制模块和全角控制模块还会计算出需要施加的激励信号的大小，各...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宝琛，丛正，史炯，王泽涛，张悦，赵丙权，刘仁龙，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：
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