基于双闭环结构的时栅转台自动标定系统设计

时栅转台精度的标定是时栅产业化过程中非常重要的一道工序,是时栅转台精度和可靠性体现。针对传统的标定系统采用激光干涉仪、光电自准直仪和金属多面体,人工操作效率低,可靠性差,提出用自制的数控控制箱结合嵌入式技术,开发了一种时栅转台自动标定系统。该系统以高精度的海德汉圆光栅RCN8510作为基准量仪,双微控制器与上位机为基础,形成双闭环控制结构,实现了实时在线误差修正与补偿。实验结果表明：采用双闭环控制系统时栅转台标定系统具有较高的稳定性,提高了时栅转台标定效率,时栅转台的精度达到2.4″。     

基于STM32的时栅转台高精度自动标定系统设计

针对目前时栅转台采用手动方式进行标定,工作效率低、精度难以保证的现状,设计了一种能够进行数据采集、处理和误差补偿的时栅转台自动标定系统。该系统以激光干涉仪作为测量基准,采用了闭环控制技术,进行测量误差补偿。实验结果表明:该系统标定精度高,经过该系统标定后的时栅转台精度达到±2″,且标定速度是手动方式的2倍以上,显著提高了时栅转台标定效率。     

多面棱体的时栅转台自动标定系统设计

针对传感器安装偏心、使用环境变化等因素造成时栅转台精度降低的问题,提出了由多面棱体和自准直仪对误差进行标定,并利用谐波修正技术进行误差修正的时栅转台自动标定系统.系统以多面棱体和自准直仪高精度测量仪器作为测量基准,以ARM处理器为核心对步进电机进行闭环控制,实现转台的精确定位,且能够进行数据采集和误差处理.经实验证明:与手动标定方式相比,该标定系统不仅效率高而且标定后的时栅转台测量系统分度精度可达±1.3”.     

基于变换无迹卡尔曼滤波的随钻测量误差在线辨识

针对随钻测量(MWD)工作环境复杂多变,随钻器件测量的精度降低的问题,设计了基于变换无迹卡尔曼滤波(TUKF)法对测量误差进行在线辨识和补偿.首先,建立加速度计和陀螺仪的输出误差模型,选取导航误差参数以及传感器误差参数作为系统状态变量;然后,以钻杆钻进时实时解算出的姿态角与钻机每次停机时的钻具姿态角作差作为系统观测量,设计状态方程和量测方程对惯性器件误差进行在线辨识;最后,通过误差补偿方程对惯性器件进行补偿.运用此方法分别设计了振动台实验、模拟钻进实验和钻进实验,实验结果表明,设计的在线辨识方案通过标定补偿后,随钻测量中钻具的工具面角输出误差减小到0.8°,倾斜角输出误差减小到1°,比无迹卡尔曼滤波方法精度提高了50％,所提方法克服了随钻测量时钻具振动带来的影响,为实际钻井进一步提高数据可信度提供理论依据.     

基于变换无迹卡尔曼滤波的随钻测量误差在线辨识

针对随钻测量(MWD)工作环境复杂多变,随钻器件测量的精度降低的问题,设计了基于变换无迹卡尔曼滤波(TUKF)法对测量误差进行在线辨识和补偿.首先,建立加速度计和陀螺仪的输出误差模型,选取导航误差参数以及传感器误差参数作为系统状态变量;然后,以钻杆钻进时实时解算出的姿态角与钻机每次停机时的钻具姿态角作差作为系统观测量,设计状态方程和量测方程对惯性器件误差进行在线辨识;最后,通过误差补偿方程对惯性器件进行补偿.运用此方法分别设计了振动台实验、模拟钻进实验和钻进实验,实验结果表明,设计的在线辨识方案通过标定补偿后,随钻测量中钻具的工具面角输出误差减小到0.8°,倾斜角输出误差减小到1°,比无迹卡尔曼滤波方法精度提高了50％,所提方法克服了随钻测量时钻具振动带来的影响,为实际钻井进一步提高数据可信度提供理论依据.     

MEMS惯性组件的误差特性分析与标定

针对惯性器件输出受工作环境及器件自身噪声影响,导致惯性组件输出信噪比低进而影响系统定位测姿精度等问题,提出MEMS惯性组件误差分析与标定方案。利用Allan方差对MEMS输出进行辨识,对输出信息曲线拟合并确立MEMS器件误差项的误差取值,建立MEMS几何误差模型并设计分立式标定方案。转台实验结果表明,24位置及速率标定方法可实现惯性组件常值误差系数的有效分离与求取,对比器件误差补偿前后的结果,验证了误差修正方案的可行性。     

基于遗传算法的时栅误差参数辨识与补偿方法研究

针对现有磁场式时栅角位移传感器原始测量精度低且误差成分复杂等特点,提出一种基于遗传算法的误差参数辨识与补偿方法,该方法根据时栅误差数学模型抽象出适应于生物遗传法则的遗传算法模型。首先将磁场式时栅误差辨识参数的样本数据进行针对性训练,并设置约束条件,然后利用遗传算法的“部分可观测黑箱性”特点进行数据样本迭代,并与时栅误差参数建立的目标函数寻求最佳逼近,以此完成误差参数的最优估计和误差曲线的最佳补偿。实验研究表明,采用遗传算法建立的时栅误差参数辨识模型辨识准确,对时栅误差成分中最主要的二次、四次误差有明显减少作用,其中二次误差减小66.67%、四次误差减小54.05%;与此同时,对一次误差及高频误差成分也有不同程度的抑制。     

一种MEMS陀螺仪的标定方法研究

微机电系统(MEMS)陀螺仪的测量误差是影响微惯性导航系统精度的重要因素.为了提高微惯性导航系统的精度,提出了一种利用三轴转台完成MEMS陀螺仪的标定方法.根据MEMS陀螺仪的误差模型,设计了标定试验方案和误差模型参数的辨识方法,并通过小波阈值去噪的方法对陀螺的输出数据进行去噪处理.试验与仿真对比分析结果表明:经误差补偿和去噪后MEMS陀螺仪的测量精度提高1～2个数量级,同时验证了该标定方法的正确性、有效性.     

排爆机器人机械臂定位精度误差自动补偿方法研究

针对于排爆机器人在进行排除爆破物质时,机械臂不能满足绝对准确的定位要求,位置检测精度与实际距离之间存在一定的误差。为了解决这一问题,提出排爆机器人机械臂定位精度误差自动补偿方法。基于D-H运动模型和微分变换法创建排爆机器人机械臂位姿误差模型,对误差模型进行重复参数分析,去除重复参数获得可辨识的线性方程;在可辨识的运动学参数误差模型线性方程中加入一个增量进行误差补偿。最后通过仿真实验结果表明,所提方法通过对机械臂位姿误差模型进行有效补偿,使排爆机器人机械臂绝对定位精度均值提升1.3mm。     

基于多位置的MEMS加速度计快速自标定

针对MEMS加速度计输出信息受自身误差项(如零偏、标度因数、非正交误差等)干扰而影响器件自身测量精度的问题,提出一种不依赖转台设备的快速24位置标定方法.在分析MEMS加速度计输出特性基础上建立MEMS加速度计输出误差模型,设计并展开连续转停标定,利用重力特征实现加速度计误差修正.基于器件零偏、标度因数、非正交误差9个误差参数建立MEMS加速度计标定模型后,提出基于牛顿法对误差参数最优值进行估计.加速度计标定补偿实验结果表明,多位置标定方法能有效补偿自身误差并提高输出加速度信息的精度.     

激光陀螺捷联惯导系统的误差参数标定方法

为降低激光陀螺捷联惯导系统误差参数标定对高精度转台的要求,在不精确对北和调平的情况下,综合分析北向基准误差、水平基准误差、转台轴正交度误差、角位置误差以及标定时间等诸多因素,考虑对称位置和整周期旋转等编排原则,改进了速率标定方案,标定出陀螺仪的标度因数和安装误差,同时提出了一种十二位置连续转动标定方法,标定出陀螺仪的零偏以及加速度计的误差参数项.实验结果表明,与传统方法相比,标定精度相当,降低了对标定转台的要求,减少了标定时间,有较高的工程应用价值.     

IMU标定数学建模及误差分析

惯性测量单元（IMU）标定路径设计和数据处理方法取决于IMU标定数学模型,安装误差是决定IMU标定模型的重要因素。针对工程中加速度计和陀螺相对载体安装方式的不同,提出一种通过坐标系转换矩阵建立IMU标定数学模型的方法,推导IMU标定模型误差与载体角速度和加速度之间的关系,分析IMU标定模型误差对捷联惯性导航系统导航参数的影响,并利用转台提供的位置信息设计IMU标定路径和数据处理方法。仿真和转台实验结果表明：IMU标定数学模型误差引起捷联惯性导航系统速度误差、位置误差和姿态误差;安装误差的表现形式决定了IMU标定模型误差对系统导航精度的影响。     

备份航姿系统的磁传感器在线校准方法

磁航向角是备份航姿系统的重要输出参数,为提高测量性能,需对磁传感器进行误差标定。对于机载应用的磁传感器,地面标定方法需要耗费大量的时间且操作不便,在地表标定结果的适用性随距离标定的时间和使用空间位置的变化而降低。基于备份航姿系统的实际工作特点,提出一种在备份状态下利用飞机主惯导的姿态角信息对磁传感器误差进行在线校准的方案,设计了误差校准数据存储的数据结构,提出了校准数据对航向空间覆盖的充分性评价策略,最后利用无磁转台模拟环境,验证了某备份航姿系统的磁传感器在线校准方案的可行性和有效性。     

基于惯量辨识的测试转台自适应内模控制

为了降低系统模型参数变化对测试转台控制系统的影响,提出了基于惯量辨识技术的自适应内模控制方案.首先建立了某型号测试转台数学模型,设计了测试转台内模控制器,在此基础上采用基于扰动转矩观测器的惯量辨识算法来辨识测试转台转动惯量的变化情况,然后通过模糊控制器根据转动惯量的变化自动调整内模控制器的参数,从而确保了控制器的控制性能.仿真和实验结果表明,该控制方案对惯量的变化有着很强的自适应性,提高了测试转台控制系统的抗干扰性能和系统的鲁棒性,取得了较好的控制效果.     

时栅角位移传感器误差测试及补偿

在工业现场,角位移传感器校准受特殊条件的限制,很难用标准器进行密集误差采样来提高精度。针对该问题提出了一种稀疏误差采样及补偿方法。在分析时栅角位移传感器的感应信号的基础上,提出稀疏采样第1个对极内细分误差+对极点零位误差的测补方式,给出用激光干涉仪获取零位和细分误差的方法及采用稀疏采样的误差补偿模型进行补偿的具体过程。以72对极时栅角位移传感器为对象进行研究,实验结果表明:该方法充分剔除了零位误差且补偿了细分误差,在稀疏采样的条件下即可实现整周范围的有效补偿,大大提高了修正效率和测量精度,时栅传感器的精度达到2.69″。     

基于改进圆形靶的圆心自动提取与排序

针对传统圆形靶不便于相机全自动标定、特征圆圆心提取精度不高以及圆心点阵排序受圆形靶旋转角度影响较大的问题,设计了适用于相机全自动标定的圆形靶,并针对该靶,提出了基于随机抽样一致的最小二乘圆心拟合法和基于向量夹角的圆心点阵顺序排序法。实验结果表明,采用该圆心提取算法,平均拟合误差为0.006?1个像素,相比传统的最小二乘拟合法,精度较高;对于标定靶0°~360°角度的旋转,均能够快速且准确地完成圆心点阵排序,平均排序时间为0.009?6?s,易于实现在线的相机全自动标定。     

一类不规则损失输出数据系统的自校正PID控制算法

针对输出误差模型描述的不规则损失输出数据系统,提出一种自校正PID控制算法.首先结合辅助模型辨识思想和最小二乘原理设计参数估计器,在线估计系统参数,并设计一个损失输出估计器来估算采样间损失输出,使控制系统得到一个具有与期望输出相同采样周期的反馈信号;再根据系统参数的估计值实时调整自校正PID控制器参数,使系统实际输出跟...     

直线时栅传感器全误差模型与误差修正方法研究

为了进一步提高直线时栅位移传感器的测量精度,在建立该传感器周期误差、阿贝误差、热膨胀误差的全误差模型基础上,提出了一种组合校准的方法,利用傅里叶谐波分析和材料线膨胀原理对直线时栅的各种误差进行修正,修正后的精度可达±0.5μm/m。实验证明:该方法解决了直线测量中误差难以分离的问题,同时解决了计算机连续自动采样问题,提高了标定效率,使该方法广泛地应用于生产实践成为可能。