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MEMS加速度检波器的建模及最优调节器设计
资料介绍
地震勘探是探测石油的一种有效办法,地震检波器是地震勘探的主要仪器,其性能好坏将会影响勘探效果。伴随地震勘探技术的发展,传统检波器已不能满足勘探需求,研制具有高性能的MEMS加速度检波器很有必要。
通过分析法国Sercel公司的DStJ3检波器及其采集系统,结合电路设计知识,完成了MEMS加速度检波器及采集器的硬件设计,包括信号调理电路、AD转换电路、单片机主电路、存储器电路以及电源电路的设计:并对设计的检波器进行性能测试,其各项静态特性基本满足要求。
目前一些检波器尽管在静态特性方面达到了设计要求,却存在超调量大、调节时间长等问题,动态特性不很理想,因此,加入校正装置来改善其动态特性很有必要。传感器的动态建模是研究其机理、评价其性能的有效手段,是改善动态特性、实现动态补偿的重要依据。
基于改善其动态特性的目的,对其进行了线性模型的建立及校正。本文选用Steigiitz-McBride迭代法准确的建立该检波器的ARMA模型,并结合不同建模方法进行了充分的验证。依据该模型,运用线性二次最优控制LQR进行校正,校正后的系统动态特性有了明显的改善。
虽然检波器模型可简化成线性的,但其内部有大量非线性元件的存在,不乏非线性特性,考虑建立检波器的非线性模型来描述其特性。本文依据神经网络的逼近非线性函数的特性,建立检波器的BP神经网络模型,通过编写BP算法程序、分析学习率及隐层节点数对网络的影响,加深了对神经网络的理解;并建立检波器的左逆系统模型,完成非线性校正,校正后的系统可按线性处理。
校正后的检波器特性有了很大的改善,为将来进一步完善其设计工作,改善其性能提供了理论支持。
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