CN103279027B - 基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合pid控制器 - Google Patents
基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合pid控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103279027B CN103279027B CN201310181745.8A CN201310181745A CN103279027B CN 103279027 B CN103279027 B CN 103279027B CN 201310181745 A CN201310181745 A CN 201310181745A CN 103279027 B CN103279027 B CN 103279027B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- program
- pid controller
- digital
- controlled resistor
- input end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明涉及电路***稳定性的控制装置，尤其涉及光学陀螺***的稳定性控制装置，具体为一种基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器，包括比例运算放大器、积分运算电路、微分运算电路和比例加法器，还包括FPGA控制芯片、第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一程控电阻、第二程控电阻、第三程控电阻和程控电容。本发明提供了一种数字模拟复合PID控制器，此控制器将原先模拟PID控制器中的可调电阻和可调电容变换为可通过芯片自动控制的程控电阻和程控电容，使得控制器的参数调节、选取简单精确，解决了模拟PID控制器控制方式不灵活、控制精度不高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电路***稳定性的控制装置，尤其涉及光学陀螺***的稳定性控制装置，具体为一种基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器。
背景技术
光学陀螺是基于Sagnac（萨格纳克）效应的高精度惯性角速度传感器，在高速载体和炮弹的姿态角和角速度测试领域占有重要的地位。谐振式光学陀螺中的敏感器件光学环形谐振腔可以采用很短的光纤或集成光纤的方法来实现，因而在小型化和集成化具有独特的优势。在谐振式光学陀螺中，通过检测谐振腔中顺时针和逆时针光路的谐振频率差得到角速度，Sagnac效应是一种极其微弱的效应，由旋转角速率引起的谐振频率差是极其微小的，但光学陀螺中的光学器件如激光器、谐振腔受温度和应力等环境因素的影响，会在环路中引入互易性噪声，此噪声引起谐振腔中谐振频率的漂移却很大。因此，谐振式光学陀螺的调制解调方式必须至少锁定其中一个方向传播的光波的谐振频率，通过间接探测另一个方向传播光与锁定光波的频率差来得到角速度，由于锁定信号的高频特性和动态特性，使得频率跟踪锁定技术将直接影响光学陀螺实际检测精度。由于模拟PID控制器（比例-积分-微分控制器）有很好的高频特性和很短的响应时间，在谐振式光学陀螺中一般选用模拟PID控制器实现光波谐振频率的锁定，模拟PID控制器中的比例运算放大器的输入端作为控制器的输入端和锁相放大器的输出端连接，模拟PID控制器中的比例加法器的输出端作为控制器的输出端和加法器的一输入端连接，模拟PID控制器通过调节其内部比例运算放大器，积分、微分运算电路和比例加法器反馈回路中的可调电阻和可调电容的值来实现锁定光波的谐振频率，但在锁定过程中需要手动或者半手动调节P、I、D参数和比例加法器的参数，对于参数的选取也需要通过示波器观察，与被控***的适应性不好，参数调节、选取复杂，而且参数精度控制不够。
发明内容
本发明为了解决谐振式光学陀螺***采用模拟PID控制器控制方式不灵活、控制精度不高的问题，提供了一种基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器。
本发明是采用如下的技术方案实现的：基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器，包括比例运算放大器、积分运算电路、微分运算电路和比例加法器，比例运算放大器的输出端分别和积分运算电路和微分运算电路的输入端连接，积分运算电路和微分运算电路的输出端和比例加法器的输入端连接，还包括FPGA控制芯片、第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一程控电阻、第二程控电阻、第三程控电阻和程控电容，第一AD转换模块的模拟信号采集端和比例运算放大器的输入端连接，第一AD转换模块的数字信号输出端和FPGA控制芯片的输入端连接，FPGA控制芯片的输出端分别和第一程控电阻、第二程控电阻、第三程控电阻和程控电容的控制端连接，第一程控电阻连接在比例运算放大器的反馈回路中，第二程控电阻连接在微分运算电路的反馈回路中，程控电容连接在积分运算电路的反馈回路中，第三程控电阻连接在比例加法器的反馈回路中，第二AD转换模块的模拟信号采集端和比例加法器的输出端连接，第二AD转换模块的数字信号输出端和FPGA控制芯片的反馈输入端连接，比例运算放大器的输入端作为控制器的输入端，比例加法器的输出端作为控制器的输出端。
本发明将原先模拟PID控制器中的运算放大器和运算电路的反馈回路中的可调电阻换成可通过控制芯片控制其阻值大小和容值大小的程控电阻和程控电容，再配套上FPGA控制芯片，FPGA控制芯片的输入端和反馈输入端分别接收控制器的输入信号和输出信号，并在芯片内部将输入信号和输出信号进行比较，然后根据比较的结果输出控制信号给程控电阻和程控电容，调节程控电阻和程控电容的大小，即调节了各个运算放大器的调节参数，使得控制器的输出信号和输入信号偏差小，即控制器的能够锁定光波的谐振频率，光学陀螺不会因温度、应力等引起的互易性噪声而使谐振频率的漂移过大。数字模拟复合PID控制器能自动控制程控电容和程控电阻的值，使得控制器参数的调节、选取简单精确。
上述的基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器，还包括第一高频峰值检测电路和第二高频峰值检测电路，第一高频峰值检测电路连接在第一AD转换模块的模拟信号采集端和运算放大器的输入端的连接线路上，第二高频峰值检测电路连接在第二AD转换模块的模拟信号采集端和比例加法器的输出端的连接线路上。
控制器中加入高频峰值检测电路后，可采用如下的程序进行控制：第一高频峰值检测电路检测输入到比例运算放大器中信号的每个周期内的峰峰值，第二高频峰值检测电路检测比例加法器中输出信号的每个周期内的峰峰值；第一AD转换模块和第二AD转换模块将峰峰值转化为数字信号后输入到FPGA控制芯片中，FPGA控制芯片将输入和输出的峰峰值分别求和后将求和后的值进行比较，根据比较结果送出控制信号给程控电阻和程控电容。这种控制方法能有效实现光波的锁定，且比较简便。
一种PID控制器，包括频率判断模块，数字PID控制器、基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器和数字开关，频率判断模块、数字PID控制器和基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器的输入端相连，频率判断模块的输出端和数字开关的控制端连接，数字PID控制器的输出端和数字开关的一选择端连接，基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器和数字开关的另一选择端连接，频率判断模块的输入端为PID控制器的输入端，数字开关的公共端作为PID控制器的输出端。
这种PID控制器可根据基于Sagnac效应的被控***的被控信号的频率的大小选择合适的控制器对被控***进行控制，若被控信号的频率低，可选择数字PID控制器，数字PID控制器容易对低频信号进行采集量化，对低频信号的控制效果好，若被控信号的频率高，可选择数字模拟复合PID控制器，能满足对高频信号的控制要求。数字PID控制器为本领域的技术人员熟知的。
本发明提供了一种数字模拟复合PID控制器，此控制器将原先模拟PID控制器中的可调电阻和可调电容变换为可通过芯片自动控制的程控电阻和程控电容，使得控制器的参数调节、选取简单精确，解决了模拟PID控制器控制方式不灵活、控制精度不高的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为光学陀螺采用复合PID控制器后的内部结构图。
图3为PID控制器的工作方式图。
具体实施方式
基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器，包括比例运算放大器、积分运算电路、微分运算电路和比例加法器，比例运算放大器的输出端分别和积分运算电路和微分运算电路的输入端连接，积分运算电路和微分运算电路的输出端和比例加法器的输入端连接，还包括FPGA控制芯片、第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一程控电阻、第二程控电阻、第三程控电阻和程控电容，第一AD转换模块的模拟信号采集端和比例运算放大器的输入端连接，第一AD转换模块的数字信号输出端和FPGA控制芯片的输入端连接，FPGA控制芯片的输出端分别和第一程控电阻、第二程控电阻、第三程控电阻和程控电容的控制端连接，第一程控电阻连接在比例运算放大器的反馈回路中，第二程控电阻连接在微分运算电路的反馈回路中，程控电容连接在积分运算电路的反馈回路中，第三程控电阻连接在比例加法器的反馈回路中，第二AD转换模块的模拟信号采集端和比例加法器的输出端连接，第二AD转换模块的数字信号输出端和FPGA控制芯片的反馈输入端连接，比例运算放大器的输入端作为控制器的输入端，比例加法器的输出端作为控制器的输出端。上述的基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器，还包括第一高频峰值检测电路和第二高频峰值检测电路，第一高频峰值检测电路连接在第一AD转换模块的模拟信号采集端和比例运算放大器的输入端的连接线路上，第二高频峰值检测电路连接在第二AD转换模块的模拟信号采集端和比例加法器的输出端的连接线路上。一种PID控制器，包括频率判断模块，数字PID控制器、基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器和数字开关，频率判断模块、数字PID控制器和基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器的输入端相连，频率判断模块的输出端和数字开关的控制端连接，数字PID控制器的输出端和数字开关的一选择端连接，基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器和数字开关的另一选择端连接，频率判断模块的输入端为PID控制器的输入端，数字开关的公共端作为PID控制器的输出端。
Claims (3)
1.基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器，包括比例运算放大器、积分运算电路、微分运算电路和比例加法器，比例运算放大器的输出端分别和积分运算电路和微分运算电路的输入端连接，积分运算电路和微分运算电路的输出端和比例加法器的输入端连接，其特征在于还包括FPGA控制芯片、第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一程控电阻、第二程控电阻、第三程控电阻和程控电容，第一AD转换模块的模拟信号采集端和比例运算放大器的输入端连接，第一AD转换模块的数字信号输出端和FPGA控制芯片的输入端连接，FPGA控制芯片的输出端分别和第一程控电阻、第二程控电阻、第三程控电阻和程控电容的控制端连接，第一程控电阻连接在比例运算放大器的反馈回路中，第二程控电阻连接在微分运算电路的反馈回路中，程控电容连接在积分运算电路的反馈回路中，第三程控电阻连接在比例加法器的反馈回路中，第二AD转换模块的模拟信号采集端和比例加法器的输出端连接，第二AD转换模块的数字信号输出端和FPGA控制芯片的反馈输入端连接，比例运算放大器的输入端作为控制器的输入端，比例加法器的输出端作为控制器的输出端。
2.根据权利要求1所述的基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器，其特征在于还包括第一高频峰值检测电路和第二高频峰值检测电路，第一高频峰值检测电路连接在第一AD转换模块的模拟信号采集端和比例运算放大器的输入端的连接线路上，第二高频峰值检测电路连接在第二AD转换模块的模拟信号采集端和比例加法器的输出端的连接线路上。
3.一种PID控制器，其特征在于包括频率判断模块，数字PID控制器、如权利要求1所述的基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器和数字开关，频率判断模块、数字PID控制器和基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器的输入端相连，频率判断模块的输出端和数字开关的控制端连接，数字PID控制器的输出端和数字开关的一选择端连接，基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合PID控制器和数字开关的另一选择端连接，频率判断模块的输入端为PID控制器的输入端，数字开关的公共端作为PID控制器的输出端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310181745.8A CN103279027B (zh) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | 基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合pid控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310181745.8A CN103279027B (zh) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | 基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合pid控制器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103279027A CN103279027A (zh) | 2013-09-04 |
| CN103279027B true CN103279027B (zh) | 2015-12-02 |
Family
ID=49061591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310181745.8A Expired - Fee Related CN103279027B (zh) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | 基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合pid控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103279027B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114966084B (zh) * | 2022-05-27 | 2023-06-09 | 东南大学 | 一种环形谐振腔的谐振频率锁定方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3081425A (en) * | 1959-08-28 | 1963-03-12 | Honeywell Regulator Co | Electronic controller |
| US5347124A (en) * | 1992-06-17 | 1994-09-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Control system for oscillatory-mirror light beam deflector |
| CN101526714A (zh) * | 2009-04-01 | 2009-09-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 外腔半导体激光器的无调制稳频装置 |
| CN201725180U (zh) * | 2010-05-24 | 2011-01-26 | 安徽理工大学 | 基于fpga的自整定pid控制器 |
-
2013
- 2013-05-16 CN CN201310181745.8A patent/CN103279027B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3081425A (en) * | 1959-08-28 | 1963-03-12 | Honeywell Regulator Co | Electronic controller |
| US5347124A (en) * | 1992-06-17 | 1994-09-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Control system for oscillatory-mirror light beam deflector |
| CN101526714A (zh) * | 2009-04-01 | 2009-09-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 外腔半导体激光器的无调制稳频装置 |
| CN201725180U (zh) * | 2010-05-24 | 2011-01-26 | 安徽理工大学 | 基于fpga的自整定pid控制器 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 模拟PID电路参数自整定温控***设计;刘云芳等;《低温工程》;20130415(第192期);第68-72页 * |
| 谐振式微光学陀螺双路闭环信号检测技术研究;孙众;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20120715(第7期);全文 * |
| 谐振式微光学陀螺研究;毛慧;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20120715(第7期);全文 * |
| 高精度数字闭环光纤陀螺控制器设计;左文龙;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20120515(第5期);摘要，第66-68页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103279027A (zh) | 2013-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111174773B (zh) | 一种多相调制解调的光纤陀螺多闭环算法 | |
| CN102519617B (zh) | 一种石英微机械陀螺敏感器件温度信息的数字化检测方法 | |
| CN103869098B (zh) | 一种硅微谐振式加速度计电路控制*** | |
| CN108168537B (zh) | 基于正交解调的谐振式光学陀螺的检测***和方法 | |
| CN105571576B (zh) | 一种mems陀螺模态匹配电压自动测试方法 | |
| CN112304436B (zh) | 用于创建温度校正模型的方法、装置、电子设备和介质 | |
| CN105547272A (zh) | 压电半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测*** | |
| Hiller et al. | Noise contributions in a closed-loop MEMS gyroscope for automotive applications | |
| CN103279027B (zh) | 基于谐振式光学陀螺***的数字模拟复合pid控制器 | |
| Ren et al. | Optimization of the resonant frequency servo loop technique in the resonator micro optic gyro | |
| CN110798148A (zh) | 一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置及方法 | |
| CN104734824B (zh) | 强噪声背景下混沌同步检测微弱周期信号的方法 | |
| CN101498761A (zh) | 锁相环***的阶跃响应性能的测试方法 | |
| US6348795B2 (en) | Crystal resonant frequency sensor | |
| Toochinda | Digital PID controllers | |
| CN106441359B (zh) | 一种高精度的微机械陀螺现场模态匹配方法 | |
| CN104296740B (zh) | 一种基于反熔丝fpga的光纤陀螺主控板晶振选取方法 | |
| WO2016123858A1 (zh) | 一种测试微环光开关驱动电路性能的装置 | |
| CN106354052B (zh) | 一种用于原子陀螺的光弹调制控制器 | |
| CN110868211B (zh) | 一种基于二进制编码的晶体振荡器抗振补偿装置及方法 | |
| CN114264318A (zh) | 一种闭环光纤陀螺固有频率测试方法和装置 | |
| CN103983854A (zh) | 石英晶体电参数测试*** | |
| CN104457791B (zh) | 一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法 | |
| CN111998842A (zh) | 一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法和*** | |
| CN105955016B (zh) | 一种不同带宽传感器的最优闭环融合方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151202 Termination date: 20170516 |