激光陀螺高精度数字电源与稳流电路研究

来源 :中国航天科工集团第二研究院(西安航天精密机电研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wyh
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激光陀螺电源电路是激光陀螺系统中必不可少的一部分。目前,行业领域内对激光陀螺电源电路数字化、国产化、工程化提出了新的要求。对激光陀螺数字电源进行研究和设计,可以克服传统模拟电源体积大、难以进行在线调整控制以及稳定性相对较差等缺点。而在激光陀螺中采用数字电源,可以为激光陀螺提供稳定度高且可靠性好的各级电压,优化了电源电路,减小了电源体积,对于电源集成化、数字化和小型化有着重要的意义。本文基于目前行业领域内对于激光陀螺外围电路的研究基础,设计了一种数字电源及稳流电路,为激光陀螺提供稳定的电流及所需的各级电压。论文基于高压电源所采用的单端反激式拓扑结构和抖动稳频电源所采用的推挽式拓扑结构设计了激光陀螺数字电源电路,首先介绍了激光陀螺组成及外围电路,之后分析了高压稳流电路的实现过程,接着对所选择的两种拓扑结构进行了工作原理的介绍。以两种拓扑结构为基础设计了主功率电路及两组变压器,再设计了A/D采样电路来实时监测电路的输出电压值,并将电压值采样输入到STM32单片机中进行数据处理,经处理后单片机输出相应占空比的PWM波通过驱动电路来驱动开关管的导通与关断,使输出电压保持稳定。论文中的单片机软件部分首先介绍了模糊控制的基本原理,接着介绍了模糊自适应PID控制器的设计,包括设计模糊规则表、模糊子集和在线自校正流程。之后,进行了主程序的设计,包括系统初始化、模糊控制算法和算术平均滤波算法的设计等。最后对电源进行了一系列测试,主要包括:采用模糊PID控制和未采用控制的电压调节时间、电源输出电压、电流稳定度、负载调整率、电源效率以及电源纹波。经过测试计算,激光陀螺的单臂电流稳定度满足优于1×10-3的目标,双臂电流差值稳定度满足优于1×10-4的目标。-2300V、+300V、±48V电源的负载调整率分别为0.56%、0.50%和1.44%,表明电源系统对负载发生的扰动具有良好的抑制能力。在电源稳定工作时,高压电源的效率为78.7%,纹波系数为0.71%;抖动、稳频电源的效率为81.0%,纹波系数分别为0.21%和0.1%。与传统模拟电源相比,数字电源的纹波有一定程度的降低。结果表明数字电源系统符合预期设计要求。
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