多旋翼无人机磁罗盘校准方法

为提高多旋翼无人机航向角解算精度,研究磁罗盘校准和罗差补偿方法。通过详细分析罗差产生原因,并结合多旋翼应用,将磁罗盘干扰划分为机体坐标系静态干扰、机体坐标系动态干扰、导航坐标系静态干扰、导航坐标系动态干扰四大类。针对机体坐标系动态干扰,结合多旋翼应用背景,研究干扰的离线测量与在线补偿方法;针对机体坐标系静态干扰,提出一种飞行过程中实时校准方法;针对导航坐标系静态干扰,创新性采用GNSS模块的速度方向信息修正罗差;导航坐标系动态干扰为原理性误差,这里暂不讨论。结果表明：研究内容可有效补偿机体坐标系动态与静态干扰,以及导航坐标系静态干扰对磁罗盘和航向角解算精度的影响,有助于改善无人机的飞行性能。     

磁罗盘误差分析及补偿

磁罗盘已被广泛地应用在民用及军事领域,误差补偿是磁罗盘研究中的一个关键技术.在分析磁罗盘误差的基础上,主要针对对磁罗盘影响最大同时最难控制的磁罗差,提出了一种基于BP网络的补偿方法,并建立以测量航向角为输入、补偿后航向角为输出的三层BP网络模型.实验证明,用该方法可以较好地补偿磁罗差且补偿后航向误差均方差仅为0.392 55.     

旋翼飞行机器人磁罗盘误差分析及校准

以旋翼飞行机器人组合导航系统为研究背景,针对电子磁罗盘的误差校准方法进行研究.通过分析其测量原理和误差来源,总结出影响磁罗盘航向解算精度的5个主要误差因素.对于上述误差因素,提出了软件和硬件解决办法.考虑到旋翼飞行机器人平台的特殊性,提出了硬磁罗差和标度因数误差的简化校准实现方法,简化后的磁罗盘校准方法,免去了校准过程中将载体竖起的步骤,且不降低校准精度.实际的磁罗盘校准测试表明,本文提出的方法能避免将大尺寸的载体竖起,降低校磁操作的难度.该方法可以有效地修正原始磁场测量值的椭球分布,从而提高组合导航系统航向解算精度.     

电子罗盘水平状态下航向角误差补偿算法的研究

针对电子罗盘测量时存在传感器的零位、灵敏度误差和干扰磁场引起的航向角误差问题,应用一种航向角误差补偿算法进行校正;在分析了电子罗盘航向角测量的工作原理、航向角误差形成原因的基础上,详细阐述了该补偿算法的实现原理,并通过LbVIEW软件仿真验证;同时设计了两种测量方案和测试系统,利用HMC1043芯片的电子罗盘进行多次实测验证并得出结论;实验结果表明:补偿后电子罗盘测量的航向角误差在4.5°以内;该补偿算法补偿效果良好,实现简单。     

一种磁阻式电子罗盘测试和标定方法研究

在分析了影响磁罗盘工作过程中可能存在的误差及其来源,针对罗差误差,提出一种椭圆假设补偿法与最小二乘法求补偿系数相结合的方法对电子罗盘进行标定。实验验证了最大误差达34.2°的电子罗盘系统经过标定补偿后误差降至3°以内,能基本满足一般导航系统的要求。该方法也适用于其他磁罗盘的标定。     

无人机航向测量抗差补偿滤波技术研究

针对角速率陀螺误差随时间积累和电子磁罗盘易受外界干扰的问题,为提高低成本自主导航精度,设计了角速率陀螺和电子磁罗盘信息融合的组合方案。并对传统的补偿滤波方法进行改进,提出一种能够检测出电子磁罗盘的低频干扰,并对干扰误差进行剔除的抗差补偿滤波算法。通过对角速率陀螺和电子磁罗盘进行误差建模和仿真实验可知,抗差补偿滤波器可以有效地抑制磁罗盘高频干扰误差和角速率陀螺的积累误差,同时,也可很好地抑制磁罗盘的低频干扰误差。结果表明：研究的抗差补偿滤波算法效果明显,是一种简单可靠的航向融合方法。     

常规弹药滚转角磁测算法中偏航角干扰分析

在常规弹药利用地磁场信息制导中根据其弹道特点通常将偏航角设为零进行弹体滚转角解算,这就会导致偏航角变化时滚转角解算精度受到影响.针对滚转角磁测算法中假设偏航角为零时偏航角变化会引起滚转角解算误差的特性,采用非线性系统小扰动线性化的方法求出偏航角对滚转角解算精度的具体影响规律.首先分析了利用地磁场信息进行滚转角解算的原理并说明算法中偏航角引起滚转角解算误差的原因,然后推导了滚转角解算的系统误差方程并分析影响解算精度的因素,最后进行仿真和半物理实验验证.仿真和实验结果表明,此误差方程能够计算出偏航角变化对滚转角解算误差造成的具体影响,从而为后续常规弹药制导中弹体发射条件提供理论依据.     

数字磁罗盘的研制

剖析了磁阻式罗盘的工作机理,并给出了磁航向角的计算方法。基于霍尼韦尔磁阻传感器,提出了一种低成本的组合式三维捷联数字磁罗盘,该数字磁罗盘具有高分辨力、高精度、低成本的优点。通过分析由磁场矢量叠加产生的罗差,提出了基于罗差傅立叶级数的罗差模型和补偿方法。最后,对该数字磁罗盘进行了实际测试,并对测试结果进行了分析,当采用八位置法标定时,误差能限制在-0.5～+0.5之间。测试结果显示:该数字磁罗盘能够达到较高的精度,满足实际应用的要求。     

三轴磁罗盘高精度误差补偿算法研究

介绍了倾斜补偿下三轴磁航向测量的基本原理,分析了航向误差的形成原因。根据罗差分解和正交修正基准轴的概念,本文提出了一种基于二次正交修正的高精度磁航向误差补偿算法,该方法具有补偿精度高,算法简单等优点。文章给出了该算法应用于HMR2300型磁罗盘进行航向测量的实验结果,说明了该算法的可行性和有效性。     

三轴磁罗盘的高精度误差补偿算法研究

介绍了倾斜补偿下三轴磁航向测量的基本原理,分析了航向误差的形成原因.根据罗差分解和正交修正基准轴的概念,本文提出了一种基于二次正交修正的高精度磁航向误差补偿算法,该方法具有补偿精度高,算法简单等优点.文章给出了该算法应用于HMR2300型磁罗盘进行航向测量的实验结果,说明了该算法的可行性和有效性.     

舰艇磁场磁偶极子阵列数学模型研究

为提高舰艇磁性防护能力,准确反映其磁场特性,舰艇测磁需要使用先进的测磁技术,这就可以用磁偶极子阵列模拟舰艇磁场源;文中根据舰艇测量面上的磁场数据建立了舰艇磁场换算的数学模型,给出一种运用实例评述测磁技术在舰艇磁性防护中的应用;实例结合点阵式大平面测磁法和磁荷模拟算法建立了测磁后舰艇磁场换算的数学模型,简单论述了该模型的数学原理、磁场函数计算方法及具体应用中有关参数的确定方法等,并对计算精度作了分析,仿真结果表明模型精度较高;测磁技术的应用在磁性防护中具有重要的实用价值。     

基于磁梯度张量与Levenberg-Marquardt优化的磁矩计算方法

针对目前磁矩计算方法中出现的对磁性目标出厂参数精度要求较高且计算繁琐、受地磁场影响较大、反演精度较差等问题,提出了一种基于磁梯度张量概念与Levenberg-Marquardt优化算法结合的磁矩计算方法。该方法采用磁梯度张量概念消除了地磁背景场的干扰,使用Levenberg-Marquardt算法优化解算过程,消除了反演过程中出现的奇异点。对新方法进行地磁背景场、测量系统位置、环境噪声等影响因素的验证仿真,并实验验证该方法的可操作性。仿真与实验证明,相比于以往方法,新方法的磁矩反演精度有大幅度的提高,抗噪声能力更强,具有更高的鲁棒性。     

电梯导轨垂直度检测机器人运行机构设计

为实现电梯导轨垂直度检测自动化，设计了电梯导轨垂直度检测机器人．采用多磁轮吸附机构和下滑制动机构，实现了机器人在竖直导轨上的安全自主运行．其中的顶磁路和导向磁轮采用了优化的磁路结构设计．不同条件下的吸附力测试表明，设计的磁轮能够适应恶劣工况．     

磁性旋转编码传感器的研制

本文介绍的两相输出磁性旋转编码器输出电压V_(p-p)=41mV(V_(cc)=5V),灵敏度为6.3μV/(A·m~(-1)),分辨率为400p/r.实验证明,磁鼓与磁阻传感器之间存在最佳间隙,当间距为1mm时,输出最大.     

导弹舵机平台磁电编码器的磁场设计与装配误差仿真分析

针对空空导弹舵机对位置反馈元件的高精度、高可靠性、小体积等要求,通过磁场设计和仿真分析,设计了一款基于导弹舵机平台的小型单磁极高精度磁电编码器;并通过仿真分析,研究了存在同心偏移、对角偏转、对称偏转等形式装配误差情况下,磁电编码器的输出特性,为后续的精度补偿打下基础。     

一种自动磁天平系统研制

为了满足我国高新技术领域,尤其是航空航天及航海事业的大力发展对各种磁性材料性能及检测要求,针对当前手动方式测量的磁天平带来的人为测量误差及工作效率低等问题,设计了一种自动磁天平系统。介绍了系统电磁铁设计、电控平移台设计、位移测量装置设计、测控系统设计以及达到的主要技术指标。应用结果表明,系统运行稳定可靠,测量精度、测量效率高,操作方便快捷,可以满足高新技术领域科研、生产等过程中磁天平测量的要求。     

Mathematical modelling of cylindrical electromagnetic vibration energy harvesters

In this paper the first steps for the derivation of a mathematical model to describe the mechanical behaviour of a cylindrical electromagnetic vibration energy harvester, designed to extract energy from human gait to power biomedical implantable devices, are provided. As it is usual, in the modelling of such devices, the proposed mechanical model is also based on the solution of Newton's second law, but here a nonlinear closed-form expression is used for the resulting magnetic force of the system, unlike what has been done in previous works where, traditionally, that expression is a linear or is a nonlinear approximation of the real one. The main feature of this mechanical model is that it depends on several parameters which are related to the main characteristics of this kind of devices, which constitutes a major advantage with respect to the usual models available in the literature since these characteristics can always be changed in order to optimize the device.     

磁性微型机器人的自动化操控研究综述

微型机器人是指尺度在毫米及其以下(几百纳米到几毫米)的一类机器人,是机器人研究领域的一个重要分支.低强度电磁场无线操控的微型机器人,可以在狭小的空间运动,完成复杂的作业任务,在微操作、靶向药物输送和体内传感标记等生物医学研究中有着广泛的应用前景.经历几十年的发展,研究人员在机器人的结构设计、微纳制作和伺服控制方面贡献了许多重要理论和实践成果.本文旨在介绍自动化方法在磁性微型机器人中的应用,主要包含运动建模、闭环控制和路径规划方面的研究内容,并讨论磁性软体微型机器人在建模与运动控制方面存在的挑战.最后,提出磁性微型机器人在控制与规划方面的研究方向.     

Design of a low‐cost 1‐20 GHz magnetic near‐field probe with FR‐4 printed circuit board

An ultra‐wideband magnetic near‐field probe based on a conventional low‐cost four layers of FR‐4 printed circuit board is proposed in this article. It can be used to measure the magnetic near‐field strength from RF magnetic sources or electronic devices for EMI conformance test. The operating frequency of the probe is from 1 GHz up to 20 GHz. The probe is constructed based on a coplanar waveguide and stripline with a short‐end loop. The probe dimension is 10 mm × 25 mm × 0.6 mm. The prototype probe is electric field‐shield structure and has a very high unwanted electric field suppression ratio about 17.7 dB. The probe calibration factor from the simulation agrees well with the calibration factor computed from the measurement. The average probe factor is 38.8 dBS/m and probe sensitivity is 47.4 dB μ A/m.     

一种磁吸附壁面移动机构

本文提出了一种轮，履带复合式磁吸附壁面移动机构，介绍了结构方案和磁性支重轮的设计方法，并分析了该机构的稳定性和被动柔顺功能，该机构既可作为铁磁性壁面上爬行的运载工具，又能运用到封闭管内行走机器人的行走装置上。