MEMS惯性传感器的三轴转台实验研究

MEMS惯性传感器在导航等应用中要建立准确的输出模型,为此需要对传感器进行性能参数测试。介绍搭建的SGT320E三轴转台惯性传感器实验平台;对MEMS惯性传感器ADIS16300内置的单轴陀螺仪进行两位置静态试验和速率传递动态试验,对三轴加速度计进行六位置测试。采用MATLAB对三轴转台和ADIS16300进行数据读取、实时绘图和数据处理。所测得参数与数据手册对照基本一致,表明该传感器各项性能良好,根据测试结果对陀螺仪及加速度计分别建立简单的误差模型。     

基于VXI总线的陀螺仪动态测试技术研究

选用适当的VXI硬件模块和合理的软件结构体系,构建了基于VXI总线的动力调谐陀螺仪测试平台.采用在陀螺仪力矩器上加指令电流的方法,来标定陀螺仪的角加速度动态误差系数项,通过理论上的推理分析,证明这种方法是可行的,为陀螺仪动态误差系数的标定提供了更为经济实用的方法,同时对实现陀螺仪的机内测试,也提供了一条有效的途径.     

无陀螺惯性测量系统的标定及误差补偿研究

本文针对旋转弹用弹旋基准问题,提出八加计惯性测量系统方案,并进行了加速度计静态标定实验,给出了静态标定算法及模型系数标定结果。在此基础上,设计了系统动态标定实验及误差补偿方案,在实验室自研高速转台上标出了转台加速过程的完整的动态误差补偿模型,实施了惯性测量系统的实验弹模拟实验。经标定补偿后的误差模型,解算滚转角在9S内最大累积误差为-4．071°。实验结果表明动态误差补偿模型能有效提高滚转角的解算精度,具有一定实际应用价值。     

三轴飞行仿真转台自适应复合控制方法

针对三轴飞行仿真转台高精确度伺服系统中存在的由于系统模型参数变化,以及外部扰动、摩擦引起的不确定性和非线性,提出基于模型参考自适应的复合控制方案.该方案具有连续自适应、离散自适应和复合控制方法的优势,通过自适应增益的调整及数字前馈控制的引入,能够消除内外部干扰产生的误差,保证系统在宽频带范围内的跟踪性能和控制精确度.实...     

一种微机械陀螺仪误差的高精度补偿方法

为了提高低精度微机械陀螺仪的精度,研究了陀螺仪的确定性误差.根据陀螺仪的误差模型推导了如何得到陀螺仪的输出数学模型中的刻度因子、失准角、零偏.利用allan方差辨识陀螺仪的噪声系数,根据微机械陀螺仪的误差模型设计了kalman滤波器进行动态仿真,仿真结果表明:采用卡尔曼滤波补偿后微机械陀螺仪的输出均值较原始值和标定后有了明显的提高.     

变维数滤波器在捷联惯导系统级标定中的应用

系统级标定技术具有不依赖转台精度、对减振器形变不敏感等优点,现已广泛应用于中、高精度捷联惯导系统的自标定当中。系统级标定一般以导航模式下的速度误差或速度误差的微分作为量测量,结合卡尔曼滤波技术能够实现系统误差参数计算的自动化。基于速度量测的系统级标定算法,其陀螺仪零位的估计精度受限于标定过程中加速度计零位的稳定性。提出一种角速度量测的变维数卡尔曼滤波器实现方法,仅通过改变滤波参数的设置就能够实现对陀螺仪零位的准确估计,无需额外的陀螺仪零位测试试验。最后,多组重复标定试验标定,改进的标定方案其陀螺零位的估计精度要高于传统方法。跑车试验也证明了算法的有效性。     

十加速度计GFSINS安装误差的标定及补偿

针对十加速度计系统构型中的安装误差,提出了一种误差的标定及补偿方案.通过理论和仿真分析了加速度计安装误差对无陀螺捷联惯导系统的影响.将十加速度计构型单元置于转台上,在2种不同转速下各进行3次翻转,利用加速度计输出可以一次标定出50个加速度计安装位置和方向误差系数.在转台转速分别为0.5,1.0 rad/s时,最大的标定...     

基于PXI总线的动力调谐陀螺仪通用检测系统设计

为了实现动调陀螺仪的性能调试和参数的标定,设计了一套基于PXI总线的动调陀螺仪检测系统.系统由内嵌式PXI系统、可编程陀螺电源箱、控制操作箱、总电源箱、温度可控工装、转台、打印机等组成.采用通用设计技术,电源系统、转台控制系统、数据采集系统(采样电阻、滤波时间)通过编程可变,以满足不同类型动力调谐陀螺仪的测试需要;同时还设计了测量管理系统,可自动完成陀螺仪的数据采集、处理、管理和分析.实验表明,该系统设计合理,测量精度高,具有较好的通用性.     

三轴仿真转台动态性能对仿真试验影响分析

在雷达对抗装备的技战性能检测仿真中,三轴仿真转台主要用来模拟飞行器在空中的运动姿态其动态性能直接影响仿真试验的测试精度和测试结果可信度.在介绍三轴仿真转台基本结构原理的基础上,分析了转台的动态性能指标,建立了转台传递函数模型.最后利用一个导弹攻击目标实例,分析了三轴仿真转台动态精度对反辐射导弹仿真试验精度的影响.     

基于MEMS传感器的四元数微型捷联航姿系统研究

针对微小型无人飞行器的应用场合,本文设计了基于微机电系统(MEMS)传感器的微型航姿系统,它包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁罗盘和数字信号处理器(DSP)。提出了基于四元数的姿态估计算法,利用加速度数据和磁罗盘数据来修正陀螺仪数据的多传感器数据融合算法。并通过了三轴飞行转台的测试验证,测试表明姿态角的静态精度优于0.5°,动态精度优于3°,满足微小型无人飞行器的应用。     

伺服设计中的有限元建模

带宽是伺服控制系统设计中的核心问题,但其设计受到对象的高频机械谐振的影响。本文用有限元方法对三轴转台控制对象进行动力学分析,建立机械谐振的频域模型,为带宽设计提供了依据,由于转台的转动自由度将造成有限元模型刚度矩阵奇异,文中先定转轴进行有限元分析,再于简化模型中推导释放情形,这种方法具有较小的计算复杂度。适合于现有条件的控制系统建模应用。     

基于多重渐消因子变分贝叶斯的陀螺阵列融合算法

针对由多个MEMS陀螺仪组成的阵列系统在动态情况下噪声时变导致输出精度低的问题，提出了新的动态滤波模型和滤波方法。通过分析MEMS陀螺的误差特性和对角速度进行动态建模，构建了基于角速度估计的阵列陀螺随机误差动态滤波模型。由于动态情况下模型的不确定性导致传统方法精度较差，设计了一种多重渐消因子变分贝叶斯自适应卡尔曼滤波算法，利用变分贝叶斯思想和强跟踪理论提高了滤波器量测噪声估计精度、收敛速度和鲁棒性。最后在高精度转台上进行了静态实验和动态实验。实验结果表明：在静态条件下，“虚拟陀螺”方差降低为单个陀螺的4%，零偏不稳定性降低为47.2%；在动态条件下，“虚拟陀螺”能有效跟踪角速度的变化且角速度残差方差降低为单个陀螺的6.2%。该滤波算法能有效提高MEMS陀螺阵列系统的输出精度。     

基于大动态环境下的高阶迭代姿态优化算法

针对 MEMS 惯性导航系统大动态坏境下不可交换误差问题,提出了一种改进的高阶迭代姿态优化算法。 为解决大动 态环境下不可交换误差对整个惯性导航系统带来的影响,推导了传统等效旋转矢量算法,针对此算法仅依靠提高子样数来提高 解算精度,忽略了高阶项在大动态环境下会产生较大误差的问题。 设计了快慢回路的方法,分别求得不同阶次的旋转矢量解, 再通过周期性迭代算法得到快慢回路的迭代解。 最后通过大动态环境仿真实验以及高精度三轴转台摇摆动态实验,验证了高 阶迭代算法的性能优势。 实验结果表明,大动态环境下,相较于传统算法,改进的高阶迭代姿态优化算法精度提高了两个数 量级。     

单轴转台上 2D 激光雷达的位姿估计

针对单轴转台搭载2D激光雷达进行场景扫描的系统中的激光雷达动态位姿估计问题,提出一种利用V形棋盘格标定板进行位姿估计的方法。通过相机拍摄标定板上的两条光条直线的图像,提取光条直线特征,计算光平面及两条光条在相机坐标系下的方程;再结合雷达提供的扫描数据,计算出雷达坐标系与相机坐标系的变换关系;通过控制转台做3次以上的旋转运动,解算出转台轴在相机坐标系下的直线方程,拟合出雷达光心、雷达坐标系的坐标轴关于转台旋转角度的函数关系。位姿估计实验中计算得到的雷达光心位置与样本的平均误差在1.2 mm以内,计算得到的雷达坐标轴方向与样本的平均误差在0.7°以内;目标测量实验中通过单轴转台搭载2D激光雷达对目标尺寸测量的平均误差在3 mm以内。实验结果表明该方法具有较好的准确性。     

用于隔离开关位置“双确认”技术的姿态传感器系统检测平台

为支持国家电网有限公司变电站隔离开关分合闸位置"双确认"姿态传感器系统的性能检测,基于单轴转台和电机控制技术建立了检测平台。平台通过电流环、速度环、位置环和反馈光栅,实现了在不同加速度和运动速度下的精确运动。进而研究了姿态传感器系统的检测方法和检测指标。结果表明,研究的检测平台能满足姿态传感器系统的测量精度和重复性试验检测,通过单轴转台实现了三轴转台的检测效果,在保证检测精度的基础上降低了检测成本。     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

一种五轴坐标测量机虚拟模型的开发

虚拟测量在结合计算机软件的前提下使得测量工作更加高效,但传统的三轴坐标测量机的虚拟模型已无法满足某些仿真测量工作的精度要求.为此,提出开发一种新型的五轴坐标测量机虚拟模型,由于加入了更多的轴体,增加了更多的参数误差,在分析五轴坐标测量机的误差构成的前提下,利用齐次矩阵变换法建立出一种五轴坐标测量机的结构模型,再结合新型测量器具和软件对虚拟模型的误差进行分步校正,最后使用仿真实例验证了五轴坐标测量机虚拟模型可有效提高测量的便利性和精度.