[发明专利]多加速度计智能参数辨识、匹配与硬件生成系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多加速度计的参数辨识、匹配与硬件生成系统。特别是涉及一种适用于挠性加速度计等惯性导航元件的多加速度计智能参数辨识、匹配与硬件生成系统及方法。 

背景技术

在惯性导航系统中，加速度计是基本测量元件之一。它安装在运动载体上，用来敏感、测量运动载体的加速度，经过计算，可求得载体的运动轨迹，同时产生对载体运动的控制信号。石英挠性加速度计是一种机械摆式加速度计，它具有结构简单、体积小、精度和灵敏度高、功耗小、易于小型化等优点，广泛应用于航空、航天、航海及陆地导航控制领域。 

敏感加速度的传感器在受到外来加速度作用时，会产生与加速度成正比的电信号。通常这个信号是极其微弱的，无法直接加载到力矩器线圈上以提供足够大的平衡力矩，这就需要在差动电容结构和力矩器之间设计再平衡回路。再平衡回路与表头一起构成完整的加速度计系统。再平衡回路的性能直接影响加速度计的动、静态特性和控制、测量精度，在加速度计系统设计和多加速度计匹配设计中占据重要位置。 

随着科学技术的不断发展，对导航技术的要求不断提高，使得对再平衡回路的测量和控制精度的要求不断提高。目前，加速度计控制回路按照所用元器件的特性来分主要有两种，模拟再平衡回路和数字再平衡回路。模拟再平衡技术是一种传统的加矩方式，因其结构简单、技术成熟而被广泛的应用。但是随着加速度计应用范围的扩大和性能要求的提高，模拟技术的不足逐渐显现出来。随着微处理器集成度和运算性能的提高，数字再平衡技术精度高、抗干扰能力强的优势越来越明显。模拟再平衡技术已经逐步被数字再平衡技术所取代。 

对于模拟再平衡回路和数字再平衡回路，其设计有多种实现方式，采用的技术方法不同，但设计过程相似，通过试凑法设计回路参数，最后在调试中根据实际情况对回路进行进一步调整。这种设计方法严重制约了加速度计控制回路技术的发展，主要体现在： 

（1）对于控制回路设计者，加速度计表头参数往往是未知的，即表头理论数学模型无法精确确定。由于受加工与制造过程所限，即使可以经过理论计算得到的参数也不能准确反映实际的加速度计表头参数，而且同一批次不同加速度计之间也存在差异，表头参数有时会差别很大，由此给控制器的设计带来很大困难； 

（2）通过试凑法在实际调试中对控制器进行调整。虽然经过多次试凑，可以将设计中的参数进一步调整，但此方法耗时，且具有很大的随机性，难以获得准确的回路参数。 

以上是影响加速度计再平衡回路设计技术进一步发展的主要原因，其直接后果就是加速度计表头的数学模型不能明确，导致控制器的设计存在很大的盲目性，使得回路调试过程效率低下，并且难以保证回路的性能，甚至会影响加速度计的控制和测量精度。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种回路调试效率高，保证回路的性能，保证了加速度计的控制和测量精度的多加速度计智能参数辨识、匹配与硬件生成系统及方法。 

本发明所采用的技术方案是：一种多加速度计智能参数辨识、匹配与硬件生成系统，包括由高精度分度头和安装在高精度分度头上的多个加速度计表头构成的测试组件、对采集信号进行预处理的信号预处理模块、通过采集测试组件的输入输出信号，对测试组件进行辨识并获得控制器参数的信号分析单元、利用信号分析单元中辨识所得的控制器参数，对测试组件的输出信号进行处理，得到力反馈电流信号，实现再平衡回路的闭环的硬件生成单元和为整个系统提供所需电源的电源模块，其中，所述的测试组件、信号预处理模块及信号分析单元依次连接，所述的信号分析单元分别连接硬件生成单元、加速度计表头和电源模块。 

所述的加速度计表头设置有2个以上，加速度计表头中的力矩器连接信号分析单元，加速度计表头中的差动电容结构连接信号预处理模块的输入端。 

所述的信号预处理模块包括有依次连接的电容电压转换电路、放大电路、信号解调电路以及滤波电路，其中，所述的电容电压转换电路的输入端连接加速度计表头中的差动电容结构的输出端，所述的滤波电路的输出连接信号分析单元的输入端。 

所述的信号分析单元包括有数据处理工控机，分别与数据处理工控机相连接的第一继电器开关电路、数据采集与分析模块和第二继电器开关电路，所述的数据采集与分析模块的输出连接第一驱动电路，其中，所述的第一继电器开关电路的信号输入端连接信号预处理模块的输出端，第一继电器开关电路的输出端选择性的连接数据采集与分析模块和硬件生成单元的信号输入端，所述的第二继电器开关电路的信号输入端选择性的连接第一驱动电路和硬件生成单元的信号输出端。