[发明专利]一种光纤陀螺数字闭环控制逻辑的仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性器件光纤陀螺领域，更具体地，涉及一种光纤陀螺数字闭环控制逻辑的仿真方法。

背景技术

目前数字闭环光纤陀螺逻辑设计方法都是采用先编写代码、仿真，然后对代码进行综合、布局布线等几个步骤完成。这种方式设计陀螺逻辑，需要设计人员熟悉硬件描述语言VHDL和Verilog HDL，并且人工编写大量代码，然后将代码转换成具体的硬件逻辑来实现。同时由于闭环控制逻辑单独设计，脱离了陀螺闭环系统大环境，导致无法从整个系统的角度去仿真和分析逻辑数字控制等设计问题，需要到陀螺系统级调试阶段问题才能暴露出来，导致设计反复。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤陀螺数字闭环控制逻辑的仿真方法，其目的在于使设计人员从繁琐的代码编写中脱离出来，由此解决现有技术需编写大量代码来实现光纤陀螺数字闭环控制，若出现问题则只能在调试阶段暴露，导致设计反复、浪费资源的技术问题。

本发明提供了一种光纤陀螺数字闭环控制逻辑的仿真方法，包括下述步骤：

(1)建立光纤陀螺模型；所述光纤陀螺模型包括Sagnac效应环节模型，偏置调制模型，解调模型，阶梯波调制模型和相位调制模型；

所述Sagnac效应环节模型为为t时刻相位差，L为光纤环长度，D为光纤环环体的等效直径，λ为射入到光纤环中光波的波长，C为光速，Ω(t)为t时刻输入角速率；

所述偏置调制模型为G为探测器的增益；P₀为输入到探测器的光功率；V₀(t)为探测器输出电压；

所述解调模型为V_dem(t)为t时刻解调出的电压值；

所述阶梯波调制模型为V_out(t)＝V_out(t-τ)+V_setp；V_out(t)、V_out(t-τ)分别为t时刻和t-τ时刻输出的阶梯波信号，V_step为这一个闭环周期的台阶高度；

所述相位调制模型为是t时刻反馈相位差，K_fp是相位调制器调制系数；

(2)获得仿真所需的参数，所述参数包括系统闭环周期、调制方波频率f、方波半周期采样点数和放大倍数；

系统闭环周期T为光纤陀螺渡越时间τ，调制方波频率f＝1/2τ；方波半周期采样点数等于τ除以系统时钟周期f_AD；前置放大器模块放大倍数K_前置初值设为1～2；后置放大器模块放大倍数K_后置初值设为1～2；AD转换器模块放大倍数K_AD设为其中N_AD为AD转换器位数，V_AD为AD转换器量程；DA转换器模块放大倍数K_DA初值设为其中N_DA为DA转换器位数，V_DA为DA转换器量程；相位调制器调制系数K_fp初始值设为1；

(3)调整前置放大器模块放大倍数K_前置和后置放大器模块放大倍数K_后置使所述光纤陀螺模型在仿真过程中正常闭环；

光纤陀螺正常闭环是指DA转换器模块输出的波形为阶梯波、系统阶梯波复位电压幅值为2π和相位调制方波的幅值等于π/2；

(4)通过输出信号波形和数值确定光纤陀螺输出标度因数与所需的指标一致。

其中，所述光纤陀螺渡越时间τ由陀螺光纤环长度和形状确定。

其中，所述解调模型和阶梯波调制模型在FPGA系统中实现。

其中，所述系统时钟周期f_AD为所述FPGA系统的工作频率，所述系统时钟周期f_AD的上限值为AD转换器模块的最高工作频率，所述系统时钟周期f_AD为最高工作频率的80％。

其中，所述仿真方法还包括仿真结果验证步骤：

在System Generator软件转换工具中将主板设计使用的FPGA芯片型号、FPGA时钟周期、硬件描述语言类型信息填入；

使用System Generator软件将陀螺模型转换成硬件描述语言代码文件；

使用ISE软件对所述硬件描述语言代码文件进行优化布局布线后，下载到光纤陀螺中进行调试和测试，实现对理论仿真结果进行实物验证。