MEMS陀螺技术国内外发展现状简述

随着MEMS技术的快速发展,惯性器件微陀螺得到了广泛的发展和应用.MEMS陀螺具有体积小、重量轻、成本低和可批量生产等独特优点,在军事领域有着广阔的发展和应用前景,受到了各军事强国的青睐. 本文对MEMS陀螺的军事需求进行了初步介绍,重点针对国内外典型MEMS陀螺器件的结构形式、基本原理、优缺点、关键性能指标进行了梳理和分析,并对它们的应用前景进行了展望.随着微机电技术的发展和新型材料的应用,MEMS陀螺的种类将进一步多样化,MEMS陀螺将在惯性导航和自动控制等方面发挥越来越重要的作用.     

基于DSP的MEMS陀螺误差建模与滤波方法研究

针对微机电系统(MEMS)陀螺测量精度低、随机噪声复杂的问题,根据MEMS陀螺的实测数据,分析其噪声特性,研究MEMS陀螺的随机噪声模型。应用时间序列分析方法,采用时间序列分析(AR)模型对MEMS陀螺测量数据噪声进行建模,该模型反映陀螺的噪声特性,基于该随机噪声模型,采用Kalman滤波技术有效降低了随机噪声对MEMS陀螺测量精度的影响。通过对MEMS陀螺实测数据的仿真试验结果表明:提出的建模与滤波方法能够有效地抑制其随机噪声误差,提高实际应用中的测量精度。     

面向皮卫星应用的MEMS陀螺温度控制系统设计

设计了一种面向皮卫星应用的MEMS陀螺温度控制系统,其控制原理为基于ADN8831的TEC温度控制。分析了影响温控系统控制精度的各因素,并且通过Steinhart-Hart方程对热敏电阻的R-T特性进行拟合校准后表明,本温控系统的精度达到±0.03℃。将设计的温控系统应用于面向皮卫星的MEMS陀螺温度控制,通过Allan方差分析MEMS陀螺的误差项。通过不同温度下实验得出,当该温控系统存在时,零偏不稳定性和速率随机游走得到了不同程度的改善,验证了温控系统的有效性,满足了皮卫星体积小、功耗低的要求。     

MEMS陀螺随机误差模型研究

对MEMS陀螺随机误差进行了实验测试及研究,选取状态方程模型,基于近年来发展起来的随机系统子空间辨识方法,对MEMS陀螺随机误差进行建模,结果与Allan方差方法分析的噪声特性相符合,经与ARMA等模型比较,在同等性能下,所建模型具有阶次低的优点,更加适合于实时在线优化估计器.所提方法可以不加修改直接应用于对多轴陀螺的处理.     

微机电陀螺随机漂移建模与卡尔曼滤波

微机电系统(MEMS)陀螺精度较低,严重影响制导火箭弹惯导系统的精度.为了减小MEMS陀螺的随机漂移,提高其精度使其满足简易制导火箭弹的精度要求,需要对陀螺信号进行滤波,MEMS陀螺随机漂移建模与补偿是其中的难点.针对上述问题,提出采用自回归移动平均(ARMA)分析的方法建立MEMS陀螺随机漂移模型,然后基于此模型对随机漂移信号进行卡尔曼(Kalman)滤波.对某MEMS陀螺在静止条件下的观测信号的滤波效果表明,ARMA模型拟合度高,能准确描述MEMS陀螺随机漂移特性;Kalman滤波方法能有效减小随机漂移误差,提高MEMS陀螺的精度,对提高简易制导火箭弹的精度具有一定的参考价值.     

MEMS陀螺误差辨识与补偿

由于制造工艺等原因,MEMS陀螺的随机漂移非常大,严重影响了系统的性能.通过自制的基于MEMS的捷联惯导系统的相关实验,对MEMS陀螺的确定性误差和随机误差分别进行了辨识和补偿.完成确定性误差补偿,对MEMS陀螺随机误差进行了时间序列分析,并建立了AR模型,根据所选模型参数建立了随机误差的系统方程,采用经典卡尔曼滤波进行随机误差补偿.实验结果说明:无论是静态下还是动态下,补偿后信号的方差都大大下降,说明了滤波效果较为明显,具有一定的工程应用价值.     

小波阈值去噪和FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法

为解决MEMS陀螺输出信号中噪声大、随机漂移严重的问题,提出了一种小波阈值去噪和函数系数自回归FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法。采用小波阈值去噪法对MEMS陀螺输出信号去噪,提高其信噪比;为克服常用的自回归AR模型无法解决MEMS陀螺随机漂移存在的非线性问题,引入FAR模型对MEMS陀螺的随机漂移进行建模。实验结果表明,此数据处理方法可有效抑制MEMS陀螺输出噪声,且与AR模型相比,FAR模型能更精确地对MEMS陀螺随机漂移进行建模及预测。     

新型MEMS热流陀螺的制造

MEMS热流陀螺是一种基于热流体理论的新型陀螺.该器件利用封闭腔体内的气体作为敏感元件,代替了常规MEMS陀螺的复杂振动结构和悬挂质量块,具有抗大冲击、体积小、重量轻、成本低、可批量化生产等优点.本研究的目的是为了验证MEMS热流陀螺的可行性,主要介绍该器件的研制过程,包括流体场仿真和工艺实现.最后得到了MEMS热流陀螺及其输出曲线,测试结果很好地验证了基于热流体理论的MEMS热流陀螺的可行性.     

基于参数优化的ICEEMDAN-MEMS陀螺信号处理研究

航空飞行器多维智能感知系统极端应用环境中,MEMS陀螺的输出信号中会含有各种噪声,进而影响系统后续的导航任务。为了改善MEMS陀螺输出信号的质量,提出了一种参数优化的改进的自适应噪声完全集成经验模态分解(ICEEMDAN)的MEMS陀螺信号滤波方法。首先通过灰狼优化算法(GWO)对ICEEMDAN的参数进行优化;对MEMS陀螺的输出信号进行分解,得到若干个本征模态函数(IMF),并根据排列熵对分量进行划分,并使用递归最小二乘算法(RLS)对混合分量进行滤波;最后将信号重构得到最终信号。对系统实测数据进行处理,分析结果表明：与原始信号相比,降噪后的MEMS陀螺输出信号均方根误差(RMSE)降低了78.6%,该算法可有效地去除输出信号中的噪声,具备一定的工程应用价值。     

用单框架控制力矩陀螺的大型航天器姿态控制系统实物仿真研究

利用三轴气浮台模拟航天器空间力学环境,进行了单框架控制力矩陀螺(SGCMG)姿态控制/动量管理系统全实物仿真研究.推导了大型航天器姿态控制/动量管理系统数学模型.设计调试了实物仿真系统.研究了单框架控制力矩陀螺奇异回避问题、失效操纵问题和动量管理优化问题.证明了系统构形分析、奇异性分析和操纵律设计的正确性和有效性.通过大型航天器姿态控制/动量管理系统实物仿真,检验了设计方案的可行性和系统硬、软件的可靠性.     

机车空调逆变电源设计

本文讨论的是机车空调逆变电源系统的设计与研究。该电源系统主要是由DC/DC的BOOST升压部分和DC/AC三相逆变部分两部分组成。DC/DC部分所得直流电压通过DC/AC部分逆变成三相交流电,供给空调机组工作。同时,为使电源系统能更可靠的运行,也设计了相应的故障检测、保护等辅助电路。     

联合收割机脱粒滚筒恒速智能控制器设计

研究了轴流式联合收割机的控制问题,给出了联合收割机脱粒滚筒的数学模型,介绍了基于模式识别的智能控制原理,建立了联合收割机脱粒滚筒恒速控制模型,设计了基于模式识别的智能恒速控制器.应用Matlab/Simulink进行了控制器仿真,其结果表明,将基于模式识别的智能控制应用于联合收割机脱粒滚筒的恒速控制,其过渡过程平稳、响应速度快、无超调、无振荡并且无稳态误差.     

计算机辅助课表编排技术的研究

讨论了几种实用的计算机辅助课表编排技术及在实际编排中的应用。应用分析表明，采用分批与或图搜索和分批优化的匈牙利算法相结合的方法，在计算机辅助课表编排中是行之有效的。     

桥面损坏状态评估专家系统探讨

介绍关于桥梁结构损坏状态评估专家系统，在讨论状态评估方法的基础上，重点介绍损坏状态评估因素关系树的建立及各因素状态的模糊表达式等，最后以桥面诊断过程为例介绍系统的构成及诊断流程图，知识表达方式，系统推理过程及工作流程。     

Complexity of approximation of 3-edge-coloring of graphs

The problem to find a 4-edge-coloring of a 3-regular graph is solvable in polynomial time but an analogous problem for 3-edge-coloring is NP-hard. To make the gap more precise, we study complexity of approximation algorithms for invariants measuring how far is a 3-regular graph from having a 3-edge-coloring. We show that it is an NP-hard problem to approximate such invariants with an error O(n1−ε), where n denotes the order of the graph and 0<ε<1 is a constant.     

Topological formulation of termination properties of iterates of functions

We consider a number of decision problems, that appear in the dynamical systems and database literature, concerning the termination of iterates of real functions. These decision problems take a function as input and ask, for example, whether this function is mortal, nilpotent, terminating, or reaches a fixed point on a given point in . We associate topologies to functions and study some basic properties of these topologies. The contribution of this paper is a translation of the above mentioned decision problems into decision problems concerning well-known properties of topologies, e.g., connectivity. We also show that connectivity of topologies on is undecidable for n>1.     

实现三维喷绘的软件系统设计

对三维喷绘软件系统的设计,通过USB 2.0实现与喷绘主板的高速图像数据通信。基于ARM与MCX314的运动控制器实现实时三轴运动控制以及精确的喷头时序控制,论述USB驱动程序和ARM固件的开发。结果表明,该系统具有设计简洁、成本低、可扩展性强和实用性高等特点。     

矿用传感器的伪数据滤除方法

介绍了矿用传感器的组成和工作原理,分析了矿用传感器伪数据的表现形式和产生的原因,并从抗干扰设计、低功耗设计和信号输出方式等方面提出了矿用传感器伪数据滤除的基本方法。实际应用表明,该方法减少了矿用传感器产生伪数据的几率,提高了矿用传感器的稳定性和安全监控系统的可靠性。     

辐照仪控制系统的设计

通过使用可编程控制器中的专用脉冲输出指令和高速计数器,实现了对辐照仪步进电机的精确控制。介绍了辐照仪的工作过程和控制系统的组成,给出了控制软件的流程及控制步进电机转动误差的措施,并利用触摸屏实现了人机界面控制。实际应用表明,该系统性能可靠、控制精确、实用性强。     

传输线信号完整性的反射分析

针对高速电路系统的传输线信号完整性问题,通过对高速电路PCB上传输线等效电路的分析,给出了信号传输时产生反射现象的原因;介绍了常用的消除反射的方法,即选择均匀传输线、采用合适的拓扑结构布线和阻抗匹配法,指出阻抗匹配法可解决信号传输的反射现象;阐述了源端阻抗匹配法和负载端阻抗匹配法消除反射的原理和适用条件。针对时钟电路中的反射问题,采用PADS/Hyperlynx软件对阻抗匹配法进行仿真,结果表明,阻抗匹配法能够改善信号传输的反射现象。