旋转变压器/感应同步器/圆光栅组合测角系统研究

论文摘要

组合测角系统的研究是“十一五”惯性技术子专题——惯性测试设备关键技术的一项主要研究内容。随着惯性仪表及导航系统的发展,惯性测试设备的性能指标也相应提高,单一的角度测量难以满足要求;应用惯性测试设备测试的产品,价格昂贵,要求测试设备的可靠性高。组合化角度测量是对惯性测试设备的精度和可靠性的综合考虑,当测角系统发生故障时可以进行故障隔离和测角系统重构,保证惯性测试设备正常运行,保护被测产品的安全。本文的主要工作包括:分析了旋转变压器、感应同步器、圆光栅测角传感器的工作原理,并对基于AD2S80轴角转换器的旋转变压器/感应同步器测角系统的电路工作原理进行了分析;设计了基于HCTL2022解码/计数芯片的光栅测角电路。对基于AD2S80轴角转换器的旋转变压器/感应同步器测角系统进行了误差分析,其中包括:激磁信号与参考信号不正交引起的测角误差;感应同步器两相输出信号幅值不等引起的测角误差;感应同步器两相输出信号幅值不正交引起的测角误差;感应同步器两相输出相互耦合引起的测角误差;参考信号对感应同步器两相输出信号有干扰引起的测角误差。基于圆光栅莫尔条纹方程,分别分析了圆光栅存在偏心和倾角时引起的测角误差,通过推导测角误差形式证明了用谐波误差补偿圆光栅测角系统的可行性。基于经过谐波误差补偿后的旋转变压器/感应同步器测角系统和圆光栅测角系统的测角误差,应用加权平均法和联邦Kalman滤波法对冗余测角数据进行了数据融合,并通过两种方法的比较验证了联邦Kalman滤波算法的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及应用前景
• 1.2.1 国外测角系统的发展状况
• 1.2.2 国内测角系统的发展状况
• 1.2.3 组合测角的应用前景
• 1.3 本课题的研究方向和内容
• 第2章 测角传感器结构和工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 感应同步器结构和工作原理
• 2.2.1 感应同步器的结构
• 2.2.2 感应同步器工作原理
• 2.3 旋转变压器结构和工作原理
• 2.3.1 旋转变压器的结构
• 2.3.2 旋转变压器的工作原理
• 2.4 光栅的结构和工作原理
• 2.4.1 直线光栅的结构
• 2.4.2 圆光栅的结构
• 2.4.3 光栅工作原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 测角电路的设计原理
• 3.1 测角电路的设计原理
• 3.1.1 基于AD2S80 的鉴幅型感应同步器测角电路原理
• 3.1.2 基于AD2S80 的鉴幅型旋转变压器测角电路原理
• 3.1.3 测角电路硬件设计
• 3.2 基于HCTL2022 解码/计数芯片的光栅测角电路的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 测角传感器的误差分析
• 4.1 基于AD2S80 轴角转换器的感应同步器测角系统的误差分析
• 4.1.1 激磁信号与参考信号不正交时的测角误差
• 4.1.2 感应同步器两相输出信号幅值不等引起的测角误差
• 4.1.3 感应同步器两相输出信号幅值不正交引起的测角误差
• 4.1.4 感应同步器两相输出相互耦合引起的测角误差
• 4.1.5 参考信号对两相输出有干扰引起的测角误差
• 4.2 圆光栅测角误差分析
• 4.2.1 圆光栅理想条件下的莫尔条纹方程
• 4.2.2 圆光栅偏心误差分析
• 4.2.3 圆光栅倾角误差分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 测角数据融合
• 5.1 引言
• 5.2 固定权值的加权平均数据融合算法
• 5.3 联邦Kalman滤波数据融合算法
• 5.3.1 各子滤波器估计不相关条件下联邦Kalman滤波原理
• 5.3.2 基于联邦Kalman滤波算法的测角数据融合
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢