全角模式半球谐振陀螺阻尼误差补偿方法研究

全角(WA)模式作为一种新型陀螺控制模式,可使陀螺具有高动态范围和稳定的标度因数,有广阔的发展前景。而阻尼不均匀是影响全角模式陀螺精度的重要因素。在研究全角模式下的运动模型和控制方案基础上,针对半球谐振陀螺阻尼不均匀导致的速率阈值和振型角漂移现象,创造性地提出了振型自进动和前馈阻尼补偿相结合的补偿方案。通过试验测试,半球谐振陀螺在经过补偿后突破了原先0.01°/s的速率阈值,并且其输出波动由0.37°降低到了0.048°。该方法达成的周向阻尼不均匀性的标定与补偿作用不局限于半球谐振陀螺,对于其他类型的哥氏振动陀螺,也能够起到同样的效果,对降低陀螺由阻尼不均匀引起的误差有重要意义。     

单板机在可倾速率转台中的应用

可倾速率转台是一种重要的惯导测试设备。它的主轴可由电气系统控制实现0.00001°/s～450°/s 的匀速转动,速率精度为0.01%,速率平稳性可达0.2%以上。此外,它还有一个手动的倾斜轴,可使台面与水平面成若干固定角度,精度可达5角秒。为了实现陀螺测试的自动化,我们采用了TP—801单板机控制转台速率的给定以及自动采集和处理陀螺的输出数据。本文拟对转台中有关计算机部分的硬件、软件加以简要介     

一种基于磁传感器的MEMS陀螺标定方法

根据微型航姿测量系统各传感器的特点,研究出了一种基于磁传感器输出的MEMS陀螺标定方法,并根据MEMS陀螺误差参数模型设计相应的补偿算法,分别对MEMS陀螺的零偏和标度因数误差进行了补偿。与传统标定方法相比,该方法实现简单,适用于现场标定。实验结果表明,该标定方法能够有效地提高MEMS陀螺测量精度,补偿后陀螺在静态条件下2分钟内,俯仰角漂移小于0.035°,倾斜角漂移小于0.15°,航向角的漂移小于0.2°。当陀螺三轴均有角速率输入时,在角速度小于25°/s情况下误差都能保持在±2°以内。     

激光陀螺速率稳定性测试仪的设计与实现

根据四频激光陀螺的输出特点,通过采用信号倍频和超高速采样滤波的数据处理方法,使其量化误差下降到0.003(″)/ms,能够实时准确地测量出转台在(0.01(°)/s,0.04(°)/s)范围内的角速率并绘出转台角速率的实时曲线,安装在转台上的被测惯性仪表就可以根据陀螺输出的角速率进行实时修正,从而降低转台角速率不稳定对被测仪表性能的影响。据此设计的激光陀螺速率稳定性测试仪对某型转台进行了实际测试,实现了以上性能指标。     

多发飞机发动机不对称推力自动补偿方法研究

现有的多发飞机发动机不对称推力自动补偿方法存在着补偿响应速率慢、补偿效果差的弊端,为此提出多发飞机发动机不对称推力自动补偿方法。根据多发飞机发动机失效的实际情况对发动机不对称推力数学模型进行构建,以此为基础,对不对称推力自动补偿控制律进行构造,依据建立的发动机不对称推力数学模型采用不对称推力自动补偿控制律对副翼与方向舵自动补偿增益参数进行计算,实现了多发飞机发动机不对称推力的自动补偿。通过仿真对比实验得到,与现有的多发飞机发动机不对称推力自动补偿方法相比较,提出的多发飞机发动机不对称推力自动补偿方法提升了补偿的响应速率与效果,充分说明提出的多发飞机发动机不对称推力自动补偿方法具备更好的性能。     

应用于MEMS陀螺仪的SoC设计

为了解决微电子机械系统(MEMS)陀螺仪体积较大、冗余的计算资源浪费等问题,对Cortex-M3内核的数据处理能力及总线架构进行了研究,设计了一款应用于MEMS陀螺仪的智能化、小型化、低功耗的片上系统(SoC);通过分析温度对陀螺输出信号的影响,对MEMS陀螺温度误差的智能化补偿方式进行了研究,采用以Cortex-M3为核心与电容/电压转换电路、模数转换器(ADC)等模块进行集成化设计的方法,在实现同样功能的情况下减小了陀螺体积;结合MEMS陀螺仪对信号处理资源的要求对存储空间及通信接口进行配置,采用0.18 μｍ BCD加工工艺对SoC进行设计制作;测试结果表明,针对MEMS陀螺仪进行匹配设计的SoC对陀螺输出信号进行温度补偿处理后,全温度区间(-40 ℃～85 ℃)零偏变化量由3.147°/s降低到0.035°/s,显著提升了MEMS陀螺仪的全温测量精度。     

基于信息融合的移动机器人侧向定位的研究

超声波传感器的入射角对输出有很大的影响,通过实验分析了入射角对输出的影响。采用引入误差补偿因子的方法,标定了传感器的测量模型,使得测量精度大大提高。在此基础上,基于多源信息融合设计了3种移动机器人侧向定位模型。经实验比较证实,引入误差补偿因子的融合模型定位精度高,可以使得距离误差控制在±2.4mm,姿态角误差控制在±0.32°以内。最后,将该融合模型应用于移动机器人的实际控制中,距离误差为±3.7mm、姿态角误差为±0.58°,满足移动机器人定位精度的要求。     

钟形振子式角速率陀螺驱动控制技术研究

钟形振子式角速率陀螺采用压电激励实现驱动模态振动。利用自抗扰控制算法对钟形振子式角速率陀螺的驱动模态进行了分析,通过构建扩张状态观测器,建立了钟形振子的自抗扰驱动控制模型,设计了钟形振子式角速率陀螺驱动模态的自抗扰控制器,使陀螺工作在调谐驱动。该设计能够补偿由加工制造误差以及环境变化等引起的陀螺参数变化,实现陀螺的固定频率谐振驱动,保持陀螺驱动轴输出信号幅值恒定。结合钟形振子式角速率陀螺实际参数,通过仿真和试验对该设计进行了验证,仿真和试验结果验证了该设计的有效性和可行性。     

无人机捷联航姿系统误差分析与补偿

针对由三轴磁传感器、三轴微机电系统(MEMS)加速度计和三轴MEMS速率陀螺构成的无人机捷联航姿参考系统(AHRS),在详细分析3种传感器误差来源的基础上,建立了与之相适应的误差数学模型;根据传感器自身特点和九轴传感器的测量特点提出了相对应的误差补偿算法.试验结果表明:磁通门传感器的航向角最大误差由补偿前15°降低为补偿后1.6°;补偿后加速度计的俯仰角最大误差为0.25°,倾斜角最大误差0.35°;速率陀螺的静态误差补偿在3.5 min之内航向角误差为±0.3°,俯仰角补偿后误差±0.4°,倾斜角补偿后误差±0.4°;当速率小于15°/s时,动态误差控制在±1°.     

高精度数字陀螺仪安装误差标定与补偿方法

高精度数字陀螺仪精度高、使用方便,有着广阔的应用前景;而在实际应用中发现,安装误差是严重影响陀螺仪输出精度的主要原因之一。文中在推导高精度数字陀螺仪输出模型的基础上,提出通过求解比例系数来确定坐标变换矩阵,对高精度数字陀螺仪进行安装误差标定与补偿的方法。详细说明了高精度数字陀螺仪安装误差标定步骤和比例系数求解方法;实验结果表明：该方法能够有效的补偿高精度数字陀螺仪的安装误差,标定补偿后陀螺仪全量程测量范围内的绝对误差小于0.045°/s,测量精度提高了1-2个数量级,准确的将陀螺仪输出变换到载体正交坐标系下,为高精度数字陀螺仪的工程应用奠定了基础。     

姿态测量单元在船载卫星天线上的应用

提出了在船载卫星天线系统中,一种以姿态测量单元为核心的控制系统方案,详细叙述了该系统的三轴空间转动关系,推导出了如何由姿态测量单元输出的三维方向角进行天线反射面姿态修正的一系列数学表达式,介绍了进行前馈补偿的系统稳定方法;对系统进行摇摆试验测得方位角误差小于1.3°,俯仰角和横摇角误差小于0.5°;福州海关应用证明该系统能满足卫星通信稳定系统的技术要求。     

基于重力四元数的陀螺漂移估计与补偿

为提高钻探中的钻具姿态测量精度,提出一种基于重力四元数的MEMS惯性随钻姿态测量方法.采用MEMS惯性器件构建钻具姿态测量系统,把加速度计数据解算的姿态四元数作为观测四元数,陀螺仪数据解算的姿态四元数作为误差四元数;然后将陀螺仪漂移融入误差四元数,建立重力四元数估计陀螺仪误差四元数的模型,采用最小二乘法估计陀螺仪三轴漂移,进而补偿陀螺仪姿态四元数;通过补偿后的姿态四元数解算出钻具姿态.最后设计了转台、振动台实验和钻进模拟实验,实验结果表明,姿态四元数补偿后的井斜角和工具面角漂移由平均10 °/h减小到约0.2 °/h,方位角误差由平均12 °/h减小到约0.46 °/h,实现了加速度计补偿陀螺的三轴漂移,表明该方法能够有效提高钻具的姿态测量精度.     

振动下惯性随钻测量的方位漂移闭环补偿

为解决振动下惯性随钻测量(Measurement While Drilling,MWD)方位角失真的问题,提出一种方位漂移在线闭环补偿方法。方法：考虑陀螺仪随时间漂移而加速度计长时测量稳定,利用多传感器分布式信息融合,获得微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)测量加速度和重力加速度在钻具坐标系下的向量误差,建立存在振动的方位陀螺漂移PI控制模型,设计一种基于函数逼近理论的新型神经网络结构,通过优化权值直接确定法(Optimized Weights Direct Determination,OWDD)快速确定网络权值,将神经网络辨识信息反馈给PI控制器,实现对方位陀螺漂移的自适应控制,实时跟踪误差趋向并补偿。结果：最后设计实验,振动台实验中方位角误差由10.15°/h减小到0.21°/h,实际钻井实验中方位角误差由10.53°/h减小到0.3°/h。结论：结果表明振动下方位角测量精度明显提高。     

水下自航体航姿控制系统的仿真测试

为了全面检测与实时考核水下自航体航姿控制系统的性能参数,确保自航体能够高精度地实现预定的航行轨道,设计了由精密程控交、直流信号源产生自航体水下航行的各种姿态、状态和轨道指令信号,实时测定航姿控制系统输出信号,从而考察其控制性能的计算机仿真测试系统,阐述了系统的组成原理和仿真设计方案。实现了多种信号的实时、高精度定量控制产生功能,航姿、速率、深度和目标角指令的仿真信号分辨率分别达到0.001°、0.002°/s、0.08m和0.02°,解决了六路航姿仿真信号的相位不一致性。经实际应用证明,该系统工作稳定可靠,测试准确,满足实时性要求。     

光纤陀螺误差的实时建模与补偿

通过对干涉型光纤陀螺误差来源及其影响因素的分析,建立了与温度变化量及温度变化速率相关的角速率误差概率密度函数,并提出一种针对慢时变与弱非线性随机过程的分段等概率误差补偿方法.该方法采用非线性手段,对一系列具有统计平稳性的随机过程进行参数估计与预测,能够实现模型动态跟踪,近似程度较高,且充分发挥了并行计算的优势,可避免由补偿过程所造成的输出时间滞后.几种典型工作状况下的实际补偿结果表明其能有效地减小角速率及航向角误差.     

机械臂D-H参数和减速比几何标定及误差补偿

针对机械臂D-H参数和关节电机减速比不精确导致机械臂绝对定位精度降低的问题,提出了在利用几何分析标定机械臂D-H参数的基础上,通过分析关节实际旋转角度和相应电机编码器码值的线性关系,标定关节电机减速比的方法;针对关节角误差微分补偿法计算量大的缺点,通过推导机械臂末端位姿矩阵误差和关节角误差之间的微分关系建立误差模型,求解关节补偿角,避免了雅各比矩阵的求取,提高了计算效率;最后采用三维激光跟踪仪搭建测量系统,完成了一种6自由度机械臂的标定及补偿实验;实验结果表明,通过参数标定及误差补偿,机械臂的绝对定位误差均值从标定前的2.83 mm和1.14°降低到0.54 mm和0.24°,验证了方法的有效性。     

微型半球陀螺非轴对称结构的电刚度补偿方法研究

微型半球谐振陀螺仪可以感测角速度和转角。但由于实际结构的非轴对称性,导致感测上产生误差。提出了一种电刚度补偿方法,即调节67.5,°90,°112.5,°135°不同位置的4个平衡电极的电压来调节谐振体刚度,从而达到结构轴对称;并通过有限元分析方法和灵敏度法求得4个平衡电极的电压值。     

一种角速率输入下二次优化的单子样旋转矢量姿态算法

姿态解算是惯性导航中的关键技术,旋转矢量法可以补偿转动的不可交换性误差。针对多子样旋转矢量算法会降低姿态更新频率的问题,本文提出了一种利用当前以及前一时刻角增量信息和当前以及前N个时刻角速率信息求解更新旋转矢量的单子样角速率旋转矢量姿态算法,并在传统的误差补偿系数圆锥优化方法的基础上,设计了周期项的算法系数优化准则,对周期项的误差补偿系数进行二次优化。实验结果表明,本文提出的角速率输入下二次优化的单子样旋转矢量姿态算法既具有较高的姿态解算精度,又可以将姿态更新频率提高至惯导采样频率,即与N子样旋转矢量算法相比姿态更新频率可提高N倍,具有一定的工程应用价值。     

三轴电子罗盘的磁航向角误差补偿研究

针对某水下运载器中罗盘的工作状态,提出了适合于水下工作的电子罗盘的误差补偿方法。通过分析误差产生的原因,结合实际情况,提出将补偿区间分段的方法,在各个区间分别进行最小二乘误差补偿。实验结果表明:采用分段补偿的方法可以有效补偿小区间误差,能够将最大误差降低到0.3°之内,提高其磁航角的精度,满足高精度导航系统要求。     

不对称故障下STATCOM的运行和控制

随着电网负荷日益复杂化,电网常出现不对称故障,而且传统静止同步补偿器(STATCOM)存在参数整定难,计算复杂的缺点,故不能很好地实现无功电流的实时补偿和装置的稳定运行.通过对不对称故障状态下逆变器直流侧电压失稳机理的分析,提出一种基于正负序矢量分别定向控制新策略.该控制策略对不对称电压电流进行矢量分解,并在正负序网络下对各电矢量分别进行定向控制,从而可以有效抑制输出谐波分量,稳定直流电压,并实现动态无功补偿.同时结合能量泄放装置实现STAT℃OM在故障下的不脱网运行.该控制策略简单可靠,具有高鲁棒性,易于实现;仿真和实验结果表明,采用提出的控制方法可以及时穿越不对称故障,并有效补偿系统无功,稳定直流侧电压.