一种速率积分半球谐振陀螺数字ASIC电路系统

本发明属于惯性，特别涉及一种速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统。

背景技术：

1、半球谐振陀螺仪是一种基于科里奥利效应工作的固体波动陀螺，它以其高可靠性、高精度、长寿命等优点广泛应用于航空航天、航海潜水、武器制导以及各种特种应用领域。

2、速率积分半球谐振陀螺是指驻波在谐振子中自由进动，陀螺直接输出角度信息，相当于对角速度进行积分。速率积分半球谐振陀螺相较于传统的力平衡控制模式，具有更大的动态范围，适用于高转速、大动态的场合，例如导弹制导、飞行器导航等。但速率积分模式下的半球谐振陀螺控制方案更为复杂，因此对于速率积分模式半球谐振陀螺控制电路的研究至关重要。

3、目前针对速率积分半球谐振陀螺的控制电路基本采用fpga芯片或者fpga芯片+arm芯片又或是fpga芯片+dsp芯片的方式实现。这些芯片均是从国外进口，成本昂贵，并且其功耗与面积较大，速度较慢。而asic(专用集成电路)相较于上述芯片，功耗低、面积小、速度快，量产后成本也远小于上述芯片。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，以实现对速率积分半球谐振陀螺的数字控制电路的集成化。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，包括：

4、adc接口模块，用于将陀螺x、y轴检测的振动信号传输至信号解调模块；

5、信号解调模块，用于对陀螺输出的x、y轴检测的振动信号进行解调，进而得到包含陀螺谐振子主驻波能量、陀螺谐振子正交波幅度、陀螺谐振子驻波信号与载波信号的相位差、陀螺谐振子进动角度信息的慢变量；

6、频相控制模块，用于对陀螺谐振子主驻波信号的跟踪，完成对输出载波信号的频相控制，即输出与陀螺谐振子同频同相的载波信号；

7、能量控制模块，用于对陀螺谐振子的驻波能量控制，将陀螺谐振子振动能量稳定到一个固定值；

8、正交控制模块，用于对陀螺谐振子正交波幅度的控制，将正交波幅度抑制到0；

9、角度检测模块，用于对陀螺谐振子进动角度的解算并且输出角度参与正交分解；

10、rs232接口模块，用于将角度检测模块的输出进动角度发送至上位机和接收上位机自主设定的频相控制模块、能量控制模块及正交控制模块的控制参数；

11、信号调制、正交分解与合成模块，用于实现陀螺驱动信号的调制、正交分解与合成，并将信号输出至dac接口模块；

12、dac接口模块，用于将信号调制、正交分解与合成的输出陀螺驱动信号传输至dac，经由dac转换为模拟信号实现对陀螺的闭环控制。

13、本发明与现有技术相比，其显著优点是：

14、(1)本发明提供了速率积分半球谐振陀螺的数字控制电路的集成化设计方法，可以减小电路的面积与功耗、提高电路工作频率与可靠性、降低电路的单片成本、实现数字控制电路的国产化替代。

15、(2)本发明中的数控振荡器模块采用了cordic算法实现，与传统rom查找表法相比，减小了面积、提高了速度。

16、(3)本发明中的角度检测模块是基于cordic算法实现的反正切的运算，并且通过角度比较的方法，实现了进动角检测的全角度扩展，弥补了反正切运算上限。

17、(4)本发明中rs232串口模块不仅可以向上位机发送开环检测进动角度，而且数字asic可以接收上位机自主设定的能量、正交控制模块的pi参数和能量参考值以及频相控制模块的中心频率。增加了该asic的灵活性与通用性。

技术特征：

1.一种速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，所述信号解调模块包括：

3.根据权利要求2所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，组合运算模块的运算过程为：

4.根据权利要求1所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，所述频相控制包括：

5.根据权利要求4所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，环路滤波器模块输出控制量lc(n)为：

6.根据权利要求1所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，数控振荡器模块实现的具体过程为：

7.根据权利要求6所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，对相位寄存器变量β(n)的迭代运算采用cordic算法实现，该算法实现的具体过程为：

8.根据权利要求1所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，所述正交控制模块采用pi控制算法实现，具体过程为：

9.根据权利要求1所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，所述能量控制模块采用pi控制算法，具体过程为：

10.根据权利要求1所述的速率积分半球谐振陀螺数字asic电路系统，其特征在于，所述正交分解模块复用数控振荡器模块的cordic算法，具体过程为：

技术总结本发明公开了一种速率积分半球谐振陀螺数字ASIC电路系统，包括ADC接口模块；信号解调模块，得到包含陀螺谐振子主驻波能量、陀螺谐振子正交波幅度、陀螺谐振子驻波信号与载波信号的相位差、陀螺谐振子进动角度信息；频相控制模块，输出与陀螺谐振子的载波信号；能量控制模块，将陀螺谐振子振动能量稳定到固定值；正交控制模块，将正交波幅度抑制到0；角度检测模块，对陀螺谐振子进动角度解算并输出角度参与正交分解；RS232接口模块，将角度检测模块的输出进动角度发送至上位机和接收控制参数；信号调制、正交分解与合成模块，用于实现陀螺驱动信号的调制、正交分解与合成；以及DAC接口模块。本发明实现了数字控制电路的集成化。技术研发人员：周同,周贇,周怡,苏岩,白宏阳,姜波,王振军,张晶,朱建良受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25