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跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用

朱枫,张葆,李贤涛,晋超琼,申帅

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朱枫, 张葆, 李贤涛, 晋超琼, 申帅. 跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用[J]. , 2017, 10(3): 355-362. doi: 10.3788/CO.20171003.0355
引用本文: 朱枫, 张葆, 李贤涛, 晋超琼, 申帅. 跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用[J]. , 2017, 10(3): 355-362.doi:10.3788/CO.20171003.0355
ZHU Feng, ZHANG Bao, LI Xian-tao, JIN Chao-qiong, SHEN Shuai. Application of tracking differentiator to gyro signal denoising[J]. Chinese Optics, 2017, 10(3): 355-362. doi: 10.3788/CO.20171003.0355
Citation: ZHU Feng, ZHANG Bao, LI Xian-tao, JIN Chao-qiong, SHEN Shuai. Application of tracking differentiator to gyro signal denoising[J].Chinese Optics, 2017, 10(3): 355-362.doi:10.3788/CO.20171003.0355

跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用

doi:10.3788/CO.20171003.0355
基金项目:

国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目2013AA122102

详细信息
    作者简介:

    朱枫(1992-), 女, 吉林省吉林市人, 硕士研究生, 2014年于山东大学获得学士学位, 主要从事伺服控制及数字滤波方面的研究。E-mail:zf0109@126.com

    张葆(1966—),男,吉林磐石人,研究员,博士生导师,1989年、1994年于长春光机学院分别获得学士、硕士学位,2004年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事航空光电成像技术方面的研究。E-mail:cleresky@vip.sina.com

    通讯作者:

    张葆, E-mail:cleresky@vip.sina.com

  • 中图分类号:TP273

Application of tracking differentiator to gyro signal denoising

Funds:

National High-tech R & D Program of China2013AA122102

  • 摘要:为了提高航空光电稳定平台的视轴稳定精度,采用跟踪微分器作为滤波器,对输入信号进行滤波,改善随机噪声对控制精度带来的负面影响。跟踪微分器会产生相位延迟,根据它得到的滤波信号及其微分信号,采用预报方法对滤波后的信号进行补偿。算法不依赖对象模型,计算量较小,易于实现。本文阐述了该算法的离散数学表达式,给出数值仿真分析,并在某型航空光电稳定平台上进行实验验证。结果表明:相较于巴特沃斯滤波器,跟踪微分器提高了阶跃响应的性能,最大超调量减少10.5%,上升时间缩短了4.5 ms,调整时间缩短50 ms。基本满足控制系统的实时性、快速性、稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。研究表明跟踪微分器对于航空光电稳定平台的精度提高,有比较好的实用价值。

  • 图 1航空光电稳定平台的系统框图

    Figure 1.Block diagram of system with photoelectric stabilized platform for aviation

    图 2速度环控制系统框图

    Figure 2.Block diagram of cnotrol system in velocity loop

    图 3N(s)到θ(s)的系统框图

    Figure 3.Block diagram of system fromN(s) toθ(s)

    图 4qrs14和DSP-1750陀螺传感器

    Figure 4.Gyroscopes of qrs14 and DSP-1750

    图 5两种陀螺的零位噪声

    Figure 5.Zero noise of two kind of gyroscopes

    图 6正弦运动时的原始陀螺信号

    Figure 6.Original gyro signal when sine movement

    图 7两种滤波器对正弦运动的陀螺信号的滤波效果

    Figure 7.Signal of Gyroscope filtred by two kinds of filter

    图 8叠加有野值的正弦信号

    Figure 8.Sine signal with abnornnal value

    图 9两种滤波器对信号野值的剔除能力

    Figure 9.Contrast of two kinds of filtes′ ability in removing abnormal value

    图 10航空光电稳定平台和飞行模拟转台

    Figure 10.Aerial photoelectrical stabilized platform and swing table

    图 11两种滤波方法的速度阶跃响应

    Figure 11.Step response of velocity of two kinds of filters

    表 1巴特沃斯控制下的系统阶跃响应性能

    Table 1.Step response performance of indicators with Butterworth filter

    Velocity/(°·s-1) Rise time/ms Setting time/ms Overshoot/%
    10 45.7 198.7 28.6
    20 54.9 231.8 27.8
    30 62.2 244.2 28.1
    40 69.8 206.3 27.2
    50 76.4 213.9 25.7
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    表 2跟踪微分器控制下的系统阶跃响应性能

    Table 2.Step response performance of indicators with tracking differentiator

    Velocity/(°·s-1) Rise time/ms Setting time/ms Overshoot/%
    10 41.2 148.7 18.1
    20 51.1 189.3 19.6
    30 58.7 196.7 18.6
    40 66.0 155.2 17.5
    50 73.4 162.4 17.7
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:2017-01-25
  • 修回日期:2017-03-29
  • 刊出日期:2017-06-01

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