一种光纤IMU的双轴非定向标定方法

针对光纤惯性组件确定性误差的特性,建立了标定的数学模型。由于光纤组件标度因数的非线性,使用多项式误差模型替代了经典的常数误差模型。基于建立的模型提出了一种双轴转位机构动静态混合标定方案,使用八位置静态标定方法标定陀螺零偏,采用三轴12个速率的旋转标定方法标定陀螺标度因数误差和非正交耦合误差。针对加速度计采用二十四位置的重力场静态翻滚标定方案,最后使用多项式拟合的数据处理方法计算和补偿光纤惯性组件的标度因数误差。通过实验和补偿结果表明,此方案有效标定了光纤惯性组件的各项确定性误差。     

无陀螺微惯性测量组合电路设计

针对战术导弹高过载、大动态范围的测试要求,设计了无陀螺微惯性测量组合电路。无陀螺微惯性测量组合电路采用了十加速度计的配置方案,可以直接解算得到战术导弹的角速度,因而只需要1次积分就可以得到角度,减小了累积误差。电路选用高精度的单轴加速度计,提高了测试精度,并以CPLD作为中心逻辑控制单元,实现了对多加速度计信号的采集和存储,可以为战术导弹的角速度解算提供稳定可靠的数据。     

温度对IMU微机械陀螺仪零偏影响及标定补偿

围绕对变温环境IMU中微机械三轴陀螺仪的零偏值误差进行补偿,由于零偏值程的非线性趋势,常规线性拟合方法无法精确进行补偿。首先通过实验和资料分析得到影响零偏值的各个因素,并推导出零偏的模型。为对零偏值进行精度补偿,提出线性拟合法和分段插值法。在温度-25～＋40℃采用线性方法和分段拟合方法分别补偿,通过两种方法补偿结果对比得出,分段拟合方法的精度比线性拟合方法的精度在x、y、z轴分别提高0.1053°/s、0.2574°/s、0.2339°/s,从而选择分段插值方法进行补偿,补偿结果比较理想。     

高转速制导弹药中惯性测量组合的研究

针对现有陀螺仪的量程无法用于高转速制导弹药轴向角速度测量的缺点,提出了一种适合于高转速制导弹药的2陀螺和4加速度计的惯性测量组合配置方案,根据加速度计的输出公式,得出载体质心处的线加速度和角速度的解算公式。最后,以方位误差为基础,对该方案进行了仿真,得到了相应的误差曲线。     

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。     

基于 Mahony-EKF 的无人机姿态解算算法

针对微惯性测量单元精度低和传统姿态解算方法误差较大,提出一种 Mahony 和扩展卡尔曼滤波(EKF)融合的姿态解 算算法。 首先通过 Mahony 滤波器融合陀螺仪、加速度计和磁力计数据,解算得到初步姿态四元数。 再以 Mahony 滤波器的姿态 四元数作为 EKF 的量测值,根据非重力加速度的大小,自适应正相关调节量测噪声协方差矩阵;根据陀螺仪测量的角速度信息 建立 EKF 状态方程。 最终经过 EKF 滤波后,获取无人机姿态的估计。 经过仿真实验验证,融合算法解算静态姿态角误差小于 0. 1°,解算动态姿态角误差小于 1°,均优于互补滤波算法和改进 EKF 算法。 融合算法能有效抑制陀螺仪漂移误差,滤除加速度 计测量值混有的高频噪声和抑制非重力加速度的干扰,提高姿态解算精度。     

基于IMU的机械臂末端执行器姿态优化

为了补偿机器人关节扭转不足和末端执行器连接等造成的末端执行器姿态误差，提出一种基于惯性测量单元在线获取末端姿态的方法。首先将整个机械臂系统的运动过程分为静态和动态过程。静态时，由于外部加速度噪声较小，提出使用加速度计根据当地重力估计末端执行器姿态角的方法。动态时，针对系统外部加速度噪声和陀螺仪零漂、比例因子误差等影响测量精度的问题，提出一种基于噪声统计方法的自适应扩展卡尔曼滤波算法。根据加速度计的测量值，更新观测噪声方差阵的权重，从而调节卡尔曼增益，降低加速度噪声对测量精度的影响。实验结果表明：静态时，通过静态算法估算的姿态角误差平均值为0.07°、0.05°、0.2°;动态时，本文算法可以很好补偿外部加速度的对姿态的影响，能有效提高姿态测量精度，相比于EKF算法，姿态角平均误差分别降低了2.69°、1.01°、0.5°。     

基于ALTPLL的水声测量用相位计设计

以ALTERA公司的FPGA为核心,设计了一种水声测量用高精度的相位计。相位差的测量基于过零鉴相法,即利用过零比较器将2路同频正弦信号整成脉冲信号,然后通过测量两路脉冲信号的周期和上升沿之间的时间差来测量相位差。本文特色在于2路脉冲信号上升沿之间的时间差测量利用了ALTERA公司FPGA中集成的锁相环模块ALTPLL,该模块可以输出多路具有固定相位偏移的系统时钟信号,时间差测量时实际使用的时基信号为其中上升沿最接近待测信号上升沿和下降沿的2路系统时钟信号,从而降低了计数法测量时间间隔的±1误差。实验结果表明利用该方法可以将水声测量领域的相位差测量不确定度降低到0.1度。     

基于MTi—IMU微惯性航姿系统的姿态算法

利用基于微机电系统陀螺、加速度计和磁强计的MTi—IMU微惯性航姿系统,设计了一种确定航向和姿态的算法。该算法利用加速度计的输出判断载体的运动状态,当载体处于非加速运动状态时,利用磁强计和加速度计的输出计算姿态角,再利用卡尔曼滤波器校正姿态误差。采集M＇I、iIMU微惯性航姿系统输出的数据进行仿真。仿真结果证明了该姿态算法的有效性。     

具有扰动观测及实时补偿的大型光电望远镜主轴控制技术

为了降低各种内外干扰对大型光电设备成像精度的影响,对控制回路进行了扰动观测补偿器设计。首先,通过开环实验方法估计出设计观测器所需要的控制量增益b;其次,通过仿真建模给出控制器的参数设计,并进行性能分析。结果表明,该控制方法能够在不增加系统闭环带宽的前提下,将系统在中低频段的扰动抑制能力提高10dB。最后,在直流有刷力矩转台上进行了性能对比实验。实验结果表明,与PI控制器相比,系统性能在低、中、高速3种状态下都得到了明显改善。0.1°/s的阶跃响应下调节时间减少3.7s;1°/s的阶跃响应下调节时间减少0.25s,且稳态误差从0.025 7°/s减小至0.018 9°/s;10°/s的阶跃响应下稳态误差从0.113°/s减小至0.061 7°/s。可见,使用同一组控制参数,该控制方法能实现在中低、中、高速运行下的高性能控制,且只需调试2个参数,简单易实现。