留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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

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]. 188bet网站真的吗 , 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]. 188bet网站真的吗 , 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

cstr: 32171.14.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 China 2013AA122102

  • 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 3  N(s)到θ(s)的系统框图

    Figure 3.  Block diagram of system from N(s) to θ(s)

    图 4  qrs14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/msSetting time/msOvershoot/%
    1045.7198.728.6
    2054.9231.827.8
    3062.2244.228.1
    4069.8206.327.2
    5076.4213.925.7
    下载: 导出CSV

    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/msSetting time/msOvershoot/%
    1041.2148.718.1
    2051.1189.319.6
    3058.7196.718.6
    4066.0155.217.5
    5073.4162.417.7
    下载: 导出CSV
    Baidu
  • [1] 孙树红, 赵长海, 万秋华, 等.小型光电编码器自动检测系统[J].中国光学, 2013, 6(4):600-606. //www.illord.com/CN/abstract/abstract9015.shtml

    SUN SH H, ZHAO CH H, WAN Q H, et al.. Automatic detection system for miniature photoelectrical encoder[J]. Chinese Optics, 2013, 6(4):600-606.(in Chinese) //www.illord.com/CN/abstract/abstract9015.shtml
    [2] 李贤涛, 张葆, 沈宏海.基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度[J].光学精密工程, 2014, 22(8):2223-2231. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201408033.htm

    LI X T, ZHANG B, SH H H. Improvement of isolation degree of aerial photoelectrical stabilized platform based on ADRC[J]. Opt. Precision Eng., 2014, 22(8):2223-2231.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201408033.htm
    [3] 李慧, 吴军辉, 朱霞, 等.速率陀螺式金宝搏188软件怎么用 导引头稳定跟踪原理分析与仿真[J].红外与金宝搏188软件怎么用 工程, 2011, 40(7):1337-1341. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201107032.htm

    LI H, WU J H, ZHU X, et al.. Analysis and tracking principle for rate gyroscope laser seeker[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(7):1337-1341.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201107032.htm
    [4] 丛爽, 孙光立, 邓科, 等.陀螺稳定平台的自抗扰及其滤波控制[J].光学精密工程, 2016, 24(1):169-177. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10358-1014299507.htm

    CONG SH, SUN G L, DENG K, et al.. Active disturbance rejection and filter control of gyro-stabilized platform[J]. Opt. Precision Eng., 2016, 24(1):169-177.(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10358-1014299507.htm
    [5] KIRKKO-JAAKKOLA M, COLLIN J, TAKALA J. Bias prediction for MEMS gyroscopes[J]. IEEE Sensors Journal, 2012, 12(6):2157-2163. doi: 10.1109/JSEN.2012.2185692
    [6] PARK S, HOROWITZ R. Adaptive control for the conventional mode of operation of MEMS gyroscopes[J]. Microelectromechanical Systems J., 2003, 12(1):101-108. doi: 10.1109/JMEMS.2002.807468
    [7] 汪永阳, 戴明, 丁策, 等.大光电稳定平台中高阶扰动观测器的应用[J].光学精密工程, 2015, 23(2):459-466. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201502020.htm

    WANG Y Y, DAI M, DING C, et al.. Application of high order observer in EO stabilized platform[J]. Opt. Precision Eng., 2015, 23(2):459-466.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201502020.htm
    [8] 孙辉.机载光电平台目标定位与误差分析[J].中国光学, 2013, 6(6):912-918. //www.illord.com/CN/abstract/abstract8991.shtml

    SUN H. Target localizationand error analysis for airborne electro-optical platform[J]. Chinese Optics, 2013, 6(6):912-918.(in Chinese) //www.illord.com/CN/abstract/abstract8991.shtml
    [9] 韩京清, 王伟.非线性跟踪-微分器[J].系统科学与数学, 1994, 14(2):177-183. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10530-2004138834.htm

    HAN J Q, WANG W. Nonlinear tracking differentiator[J]. Systems Science and Mathematical Science, 1994, 14(2):177-183.(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10530-2004138834.htm
    [10] 韩京清, 袁露林.跟踪-微分器的离散形式[J].系统科学与数学, 1999, 19(3):268-273. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STYS199903002.htm

    HAN J Q, YUAN L L. Discrete tracking differentiator[J]. Systems Science and Mathematical Science, 1999, 14(3):268-273.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STYS199903002.htm
    [11] 韩京清.自抗扰控制技术[J].前沿科学, 2007, 1(1):24-31. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXJK201214102.htm

    HAN J Q. Active disturbance rejection control technique[J]. Frontier Science, 2007, 1(1):24-31.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXJK201214102.htm
    [12] TIAN D P, SH H H, DAI M. Improving the rapidity of nonlinear tracking differentiator via feedforward[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, 61(7):3736-3743. doi: 10.1109/TIE.2013.2262754
    [13] 韩京清, 黄远灿.二阶跟踪-微分器的频率特性[J].数学的实践与认识, 2003, 03:71-74. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SSJS200303013.htm

    HAN J Q, HUANG Y C. Frequency characteristic of second-order tracking-differentiator[J]. Mathematics in Practice and Theory, 2003, 33(3):71-74.(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SSJS200303013.htm
    [14] 朱承元, 杨涤, 荆武兴.跟踪微分器参数与输入输出信号幅值频率关系[J].电机与控制学报, 2005, 9(4):376-379. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DJKZ200504019.htm

    ZHU CH Y, YANG D, JING W X. Relation equations among the parameters of tracking-differentiator and the amplitude and frequency of its input-output signals[J]. Electric Machines and Control, 2005, 9(4):376-379.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DJKZ200504019.htm
  • 加载中
图(11) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  2082
  • HTML全文浏览量:  417
  • PDF下载量:  811
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回
    Baidu
    map