测控电路第5版李醒飞电子课件测控电路第10章节测控电路设计实例.pptx

10.1 动力调谐陀螺仪再平衡10.2 系统建模 10.3 电路设计10.4 测试实验10.1 动力调谐陀螺仪再平衡10.2 系统建模 10.3 电路设计10.4 测试实验10.1 动力调谐陀螺仪再平衡惯性元件是惯性导航系统的基本组成部分，通常是指陀螺仪和加速度计；陀螺仪用来测量载体的角速度，加速度计用来测量载体的线加速度。重力仪，重力梯度仪也属惯性元件。加速度计陀螺仪10.1 动力调谐陀螺仪再平衡动力调谐陀螺仪是继液浮陀螺仪、气浮陀螺仪之后的第三代惯性级精密陀螺仪。是一种利用挠性元件对高速旋转转子构成支撑的两自由度陀螺仪。60年代中期开始被研制，现已广泛应用于民用和军用飞机、各种战术导弹以及中远程导弹上。10.1.1 动力调谐陀螺仪再平衡回路再平衡回路主要完成系统闭环、信号调理、控制解耦等功能跟踪、锁定的控制回路；闭环、间接的测量回路反馈回路中的力矩电流反应输入角速度的大小，从而实现对角速度的间接测量在结构上主要包括信号器（差动式电容传感器）、前置放大、带通滤波、相敏解调、陷波网络、解耦网络、校正网络、功率放大电路、力矩器以及陀螺电机。解调基准动调陀螺再平衡回路激磁信号前置带通相敏陷波信号器放大滤波检波网络输入角速率陀螺马达校正解耦力矩器功率放大网络网络至导航计算机AD采样、转换10.1.1 动力调谐陀螺仪再平衡回路10.1 动力调谐陀螺仪再平衡10.2 系统建模 10.3 电路设计10.4 测试实验10.2.1 陀螺模型动力调谐陀陀螺模型结构模型传函10.2.2 解耦网络模型由于陀螺仪机械结构上的原因，两个测量轴之间总是存在交叉耦合。为了消除这种耦合，需要在两条回路之间加入“解耦”网络。10.2.3 校正网络设计及系统仿真对再平衡回路的基本要求可以归纳为：1）闭环稳定，并具有一定的幅值和相角稳定裕度。2）满足规定的动、静态指标。静态指标是指系统在角度常值、速率和角加速度输入信号下的稳态偏差；良好的动态指标是指系统及时跟踪角速率变化的能力，具有足够的带宽。3）能提供足够的加矩电流，平衡最大的输入角速度，在承受最大角加速度时转子偏角不超过规定的范围。10.2.3 校正网络设计及系统仿真系统开环传函矩阵超前校正闭环传函10.2.3 校正网络设计及系统仿真校正后Bode图校正前Bode图频域特性分析10.2.3 校正网络设计及系统仿真单位阶跃响应斜坡响应时域特性分析10.1 动力调谐陀螺仪再平衡10.2 系统建模 10.3 电路设计10.4 测试实验10.3.1预处理电路预处理电路的目的：将偏摆信号从信号输出的调幅信号中准确的提取出来，包括：前置放大带通滤波 相敏解调陷波电路前置放大前置放大：用于对陀螺内部电感传感器输出的微弱电压信号进行测量放大，提高信噪比，便于阻抗匹配静态指标：较小的输入偏置电流、输入失调电流、输入失调电压及低的热漂移较低的交流噪声密度高共模抑制比稳定的放大倍数较好的线性度阻抗匹配动态指标：足够大的增益带宽积，保证足够快的响应速度较高的转换速率AR和较快的建立时间，能够不失真的放大高速信号前置放大设计要求应用环境中热噪声、电源噪声等在地线中幅值较大，严重影响系统的测量精度。为减小系统的电子噪声，前置放大器需要足够高的共模抑制比，用于精确放大一个存在大的共模分量的毫伏级小信号，最大限度的抑制共模噪声信号，放大差模输入信号惯性导航系统中，累计误差是主要的误差来源，要求前置放大电路中产生的误差尽可能小，避免误差在再平衡回路的后续各个环节中逐级放大，并输出角速度中随着积分增长。要求输入偏置电流、输入失调电流、输入失调电压、交流噪声密度等保持在较小量级前置放大设计要求动调陀螺电感传感器输出信号为较高频率（10~20kHz）的调幅信号要求放大电路有足够的带宽、稳定的增益放大倍数不能太大，防止输出饱和足够高的共模、差模输入阻抗，很低的输出阻抗前置放大同相放大反相放大差分放大仪表放大前置放大仪用放大电路传递函数前置放大 INA128是低功耗、高精度的通用仪表放大器。它采用3运放设计，具有非常低的偏置电压（50uV）、温度漂移（0.5uV/℃）和高共模抑制比（G=100时，120dB）.带通滤波带通滤波传递函数：其中，中心频率增益——二阶无限增益多路反馈滤波器电路中心角频率—— 无限增益多路反馈滤波器引入负反馈，因而总是稳定的。 为保证有足够宽的通频带，品质因数Q不能选的太大。 品质因数——RC有源滤波器、巴特沃斯逼近方式、二阶、无限增益多路反馈型滤波电路相敏解调采用检波电路将调幅信号还原为与陀螺转子相对陀螺壳体偏摆成线性关系的电压信号包络检波：不具备判别信号相位和频率的能力相敏检波：乘法器、开关式、相加式采用乘法器使相敏检波电路偏角信号模拟乘法器载波频率二倍频信号低频信号陷波器相敏解调调幅信号经过线路传输和带通滤波会产生一