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超流体干涉陀螺系统与噪声抑制研究

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第一章 绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.2国内外研究现状与分析

1.3本文的主要内容与结构

第二章 超流体干涉陀螺的工作原理研究

2.1引言

2.2超流氦的物理特性分析

2.3超流体干涉陀螺的工作机理研究

2.4超流体干涉陀螺的关键问题分析

2.5 本章小结

第三章 超流体干涉陀螺的量程扩展系统控制方案设计

3.1引言

3.2超流体环路中热相移产生原理

3.3基于幅值锁定的控制方案设计与仿真

3.4本章小结

第四章 超流体干涉陀螺角速度信息提取的改进方案研究

4.1引言

4.2超流体干涉陀螺噪声特性研究

4.3基于滤波估计的角速度信息提取方法

4.4本章小结

第五章 超流体干涉陀螺半物理仿真平台实现

5.1引言

5.2 超流体干涉陀螺半物理仿真系统的研究与设计

5.3仿真的实现与结果分析

5.4本章小结

第六章 总结和展望

6.1本文的主要内容和创新点

6.2后续研究工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及学术论文

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摘要

超流体陀螺是基于超流氦低温物理性质的新型陀螺,其中基于物质波干涉的超流体干涉陀螺具有明显的技术优势,因而成为当前超流体陀螺的主要研究方向。目前超流体干涉陀螺经过长期的研究已经取得了一定的研究成果,但是还存在一些关键性问题亟待解决。本文针对热相移注入实时性、噪声来源和噪声抑制方案展开了深入研究。
  论文首先研究陀螺的工作介质——超流氦的基本物理特性和超流氦干涉的基本原理——交流约瑟夫森效应,同时以美国伯克利分校Packard小组实验中的陀螺为原型,详细研究了超流体干涉陀螺各环节的工作原理,并且建立了相应的数学模型,为后续的研究做了相应的理论准备,同时也提出了可能存在的关键问题。
  通过对超流体干涉陀螺系统中热相移注入原理的研究,表明热相移的注入具有一定的滞后特性。为保证热相移注入的实时性,论文采用了基于Fuzzy-PID的控制系统实现对热相移注入的控制,同时仿真对比了加入控制器前后超流体干涉陀螺的输出特性。仿真结果表明该控制器的加入能够有效改善热相移注入惯性对超流体干涉陀螺解算误差的影响,提高了超流体陀螺的测量精度。
  噪声是影响超流体干涉陀螺输出精度的关键因素之一,论文研究了陀螺各环节中可能存在的噪声来源,分析总结了相关的噪声特性,指出基于数值分析的角速度信息提取方法并不适合噪声条件下的角速度信息的提取。论文提出了对超流体物质波相位噪声和薄膜位移的检测噪声采用了基于EKF滤波的方法进行抑制和角速度信息的提取,仿真结果表明基于EKF滤波估计的角速度信息提取方法能够减小上述两种噪声对陀螺输出的影响。
  为更好的对超流体干涉陀螺系统和噪声抑制方案进行研究,论文搭建了基于PC&PC104的半物理仿真平台,并利用该平台对加入Fuzzy-PID控制器的陀螺系统和采用EKF滤波估计的角速度信息提取方案进行了综合性的仿真分析。综合仿真输出结果表明,虽然控制器的加入一定程度上放大噪声的影响,但是本文提出的基于EKF滤波的角速度信息提取方案对陀螺输出特性的改善和噪声的抑制依然有效。

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