[发明专利]一种基于PID算法的原子自旋陀螺仪全自动磁补偿方法

权利要求书

1.一种基于PID算法的SERF原子自旋陀螺仪全自动磁补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、定义Z轴为陀螺仪抽运光方向，X轴为与之正交的检测光方向，与检测光和抽运光垂直的方向为Y轴，首先把SERF原子自旋陀螺仪调整到正常工作状态，保持抽运激光以Z轴方向进入碱金属气室，检测激光以X轴方向进入碱金属气室，而Y轴保持与抽运激光和检测激光正交，检测系统将经过碱金属气室的检测光信号转换为电信号输出；

步骤二、在Y轴线圈加载方波扫描信号，并在补偿轴Z轴线圈加载一个补偿磁场B_z，在方波扫描信号处于高电平时，等待陀螺仪输出信号稳定后采集陀螺仪此时的输出信号稳态值，将其进行滤波处理后记录为在方波扫描信号变为低电平时，等待陀螺仪输出信号稳定后采集陀螺仪此时的输出信号稳态值，将其进行滤波处理后记录为将两次采样值和作差，得到差值

步骤三、将步骤二中求得的陀螺仪稳态输出差值Err代入PID算法，根据Err值的大小分配合适的PID参数，PID算法根据这一时刻和之前时刻的Err计算出补偿轴Z轴线圈补偿磁场B_z需要调整的步进量del_z电压值；

步骤四、将步进量del_z加载到补偿轴Z轴线圈磁场B_z上，重复以上步骤直到陀螺仪稳态输出差值Err进入误差带，最后记录此时的Z轴线圈磁场值B_z；

步骤五、Z轴磁场补偿完毕，去掉Y轴线圈的方波扫描信号，对其余两轴Y轴、X轴依次进行与步骤二、步骤三相同的操作；其中对Y轴进行补偿时，在Z轴线圈以B_z为基础加载方波扫描信号，并在补偿轴Y轴线圈加载一个补偿磁场B_y，PID计算出调整Y轴线圈磁场B_y所需的步进量del_y电压值，并将步进量del_y加载到补偿轴Y轴线圈上，重复上述补偿操作直至Y轴线圈磁场B_y达到补偿点；其中对X轴进行补偿时，在Z轴线圈以B_z为基础加载新的方波扫描信号，并在补偿轴X轴线圈加载一个补偿磁场B_x，PID计算出调整X轴线圈磁场B_x所需的步进量del_x电压值，并将步进量del_x加载到补偿轴X轴线圈上，重复上述操作直至X轴线圈磁场B_x达到补偿点；

步骤六、全自动磁补偿完成，去除Z轴线圈的方波扫描信号，记录此时三轴磁场值B_z、B_y、B_x；

通过上述六个步骤，实现对SERF原子自旋陀螺仪进行快速全自动三轴磁补偿。

2.根据权利要求1所述的一种基于PID算法的SERF原子自旋陀螺仪全自动磁补偿方法，其特征在于，所述的步骤二中，将陀螺仪输出稳态值进行滤波处理，在陀螺仪输出稳定后采集n个值，采用冒泡排序算法将n个值进行排序，然后截取n个值的中间一段进行平均处理，最终得到稳态值

3.根据权利要求1所述的一种基于PID算法的SERF原子自旋陀螺仪全自动磁补偿方法，其特征在于，所述的步骤三中，根据Err的值分配合适的PID参数，PID参数根据这一时刻和之前时刻Err计算，采用分段式位置式PID：

其中T为积分时间常数，T_D为微分时间常数；

将PID进行离散化：

del＝kp·Err1+ki·SUM+kd·(Err1-Err2)

其中del为步进量电压值，SUM为之前时刻差值Err的累和，Err1代表这一时刻差值，Err2代表上一时刻差值，kp、ki、kd分别为PID控制算法的比例、积分、微分参数，根据陀螺仪两次稳态输出的差值Err对补偿轴线圈磁场步进量的响应是非线性的特点，设计根据Err差值的大小应用不同的kp、ki、kd参数，以实现Err的最快下降梯度，kp、ki、kd更新方式如下式：

其中α_p、α_i、α_d分别为kp、ki、kd所对应的权重系数。

4.根据权利 要求1所述的一种基于PID算法的SERF原子自旋陀螺仪全自动磁补偿方法，其特征在于，步骤中，将步进量del_z加载到补偿轴Z轴线圈磁场B_z上：

将步进量del_y加载到补偿轴Y轴线圈磁场B_y上：

将步进量del_x加载到补偿轴X轴线圈磁场B_x上：