硅微机械陀螺仪温度控制系统的PID算法实现

温度的变化对硅微机械陀螺仪的性能有较大的影响,对温度的稳定性控制有着重要意义。分析了硅微机械陀螺仪的温度影响机理,通过对表头测试得到性能参数随温度变化的规律。介绍了PID控制算法的基本概念,对其进行了系统仿真,并在实际的温控系统中完成了试验验证,试验结果表明利用PID算法实现的温控系统具有良好的控制效果。     

MEMS陀螺仪漂移和噪声的分析和补偿

对陀螺仪数据分析的传统方法是使用kalman滤波器做尾数据处理来降低随机误差,由于陀螺仪传感器随着外界环境的变化的影响会有非线性误差,传统的kalman滤波算法处理的是线性误差,因此引进了适用于非线性系统的EKF滤波.为了快速滤除系统在实际环境中产生的噪声,对传统的中值滤波算法进行了改进,降低其计算复杂度,提出差分-均值中值滤波法.本文首先使用阿伦(ALLAN)方差分析了陀螺仪的误差特性,对于这些误差源分别提出了偏移校正的方法,之后建立自动回归-滑动平均模型(ARMA模型)对陀螺仪数据进行误差建模分析,最后使用EKF算法降低随机误差.实验结果表明该方法比传统的方法滤波效果好、计算复杂度低、实时性好.     

MIMU系统设计及MEMS陀螺仪温度漂移补偿

针对温度对MEMS陀螺仪的零偏影响较大的问题,以LCG50型陀螺仪为试验对象,通过温度试验拟合出零偏、温度测量值与时间的函数关系,并利用拉格朗日插值法建立了全温度范围内陀螺仪零偏的温度补偿模型,同时进行了MIMU系统DSP温度补偿程序设计。实验结果表明,利用此温度补偿模型可有效地抑制陀螺仪零偏,提高惯性测量单元的测量精度,具有很好的实用价值。     

基于改进支持向量回归算法的移动机器人定位

为了提高移动机器人定位精度,提出了一种基于正交编码器和陀螺仪的轮式移动机器人定位系统,建立机器人的定位模型和运动学模型。研究了支持向量回归（SVR）算法,为获得更好的鲁棒性,对目标函数误差平方进行加权,分析不同参数优化算法对支持向量机回归准确率的影响。以自制的移动机器人为实验平台,将改进的算法与最小二乘支持向量回归（LSSVR）算法、加权最小二乘支持向量回归（WLSSVR）算法进行比较,对比了用改进算法时机器人在木地板场地与瓷砖场地的定位误差情况,并对正交编码器+陀螺仪定位系统与双码盘定位系统、单码盘+陀螺仪定位系统进行比较。实验结果表明,改进的算法使机器人的定位精度明显高于对比算法,并且所提出的定位系统定位效果较好。     

改进的卡尔曼滤波在MEMS陀螺仪信号处理的应用

针对MEMS陀螺仪的输出随机漂移误差影响测量精度的问题,提岀一种改进的卡尔曼滤波方法进行MEMS陀螺仪误差补偿。传统的卡尔曼滤波方法是针对时域内的随机序列采用统计特性进行递推估计,从而得到测量所需要的信号。本文在传统卡尔曼滤波算法的基础上引入衰减因子和差分控制项,以此自适应地估计卡尔曼滤波量测噪声方差,并结合硬件系统将该算法进行静态性能试验和动态性能试验,使用Allan方差分析法对原始陀螺仪信号以及误差补偿后的陀螺仪信号进行对比分析。对比数据结果表明,陀螺仪静态随机误差得到了有效的抑制,从而验证了该算法在陀螺仪静态数据处理方面具有一定的应用价值。     

基于光纤陀螺仪的信号补偿

光纤陀螺仪是目前广泛使用的一种惯性仪器, 但在使用过程中仍然会遇到有很多问题. 光纤陀螺仪在使用过程中由于光纤陀螺仪内部元器件构造、材料的使用、以及元器件的精度等因素, 会产生一些误差, 如启动温度、零漂、刻度因子等. 同时在使用的过程中受外界的环境干扰也会使光纤陀螺仪产生误差, 如受外界的振动, 环境温度变化等. 通过分析研究光纤陀螺仪的原理和输出信号, 建立误差补偿模型, 对误差进行补偿分析. 应用分段平均选点法补偿了由于温度变化在信号中产生的线性趋势项, 以及使用平滑滤波算法对光纤陀螺仪输出信号进行     

基于FPGA的硅微陀螺数字测控和温补技术研究

硅微陀螺仪由陀螺结构和测控电路组成,随着模拟接口电路的日臻完善,陀螺仪性能的提升主要靠数字电路中的测控和补偿算法。目前硅微陀螺测控电路正在向芯片化方向发展,为了加速硅微陀螺测控电路芯片化进程,用Verilog硬件描述语言设计了AGC和PLL对陀螺幅度和相位进行闭环控制,科氏力平衡进行闭环检测。对因加工造成的正交误差,设计了正交校正闭环。根据温度对陀螺仪的影响,对标度因数进行线性补偿,对零偏进行了BP神经网络补偿。实验结果表明,该控制系统下AGC相对稳定性为124ppm,PLL相对稳定性为79.1ppm,常温零偏稳定性为2.9o/h。在0℃到65℃温度范围内补偿前零偏稳定性为17.7o/h,补偿后零偏稳定性为9.1o/h,标度因数温度灵敏度降低1个数量级,不仅提升了硅微陀螺仪的性能,也为陀螺ASIC设计奠定了良好基础。     

基于玻尔兹曼的微机械陀螺温度误差补偿

使用最优拟合的方法,在一定的温度范围内,对微机械陀螺仪温度误差建模,通过温度误差模型对陀螺仪输出进行温度误差补偿。应用线性拟合和玻尔兹曼拟合方法对实验数据进行按拟合修正,该方法减小了温度对微机械陀螺仪的影响,并验证玻尔兹曼误差模型的正确性与可实用性。补偿后的数据较陀螺原始数据零偏,提高了1~2个数量级。在工程实际中有一定的实用参考价值。     

基于卡尔曼与改进SVM移动机器人定位研究

用四轮差动驱动轮式机器人作为试验平台,以编码器和陀螺仪作为机器人的定位系统,建立了机器人的运动学方程。采用卡尔曼滤波器对两种传感器的数据进行融合,以减小编码器和陀螺仪的误差,再通过最小二乘支持向量机建立回归曲线模型,获得机器人的位姿信息。     

基于稳态非线性模型和线性ARX模型组合的非线性预测控制

通过点集映射来表示非线性系统的稳态模型,用系统的稳态增益来修正具有外界输入的线性自回归（AutoRegressive with eXternal input, ARX）模型的动态增益,提出了一种基于稳态非线性模型和线性ARX模型组合的非线性预测控制算法．该算法用递归最小二乘法在线辨识系统的动态模型参数,用序列二次规划算法求解目标函数．最后通过对典型化工非线性对象pH中和过程的仿真对本算法进行了验证．结果表明,本算法比广义预测控制算法具有更好的设定值跟踪性能和抗干扰能力．     

单神经元PID在陀螺温控系统中的仿真研究

陀螺仪是惯性导航系统核心部件,其温控系统的性能直接影响着惯导系统的精度和准备时间。通常所采用的传统PID控制算法虽然简单,但系统调节时间较长,控制效果不理想。该文针对陀螺温控系统要求调整时间短控制精度高的特点,提出一种单神经元自适应PID控制算法。该算法利用单神经元结构简单、自学习、自适应能力强的特性并与传统PID相结合,对相应的比例、积分、微分系数进行在线调整,实现对陀螺温控系统的实时在线控制。仿真结果表明该方法与传统PID控制方法相比,具有调节时间短、超调量小等优点,说明其具有可行性。     

铂热敏电阻器在液浮陀螺仪温控系统中的应用

建立了液浮陀螺仪温控模型,深入分析了其结构组成和工作原理。针对所建立的数学模型对各个结构参数进行了分析研究。对满足条件的热敏线圈和铂热敏电阻器的温控系统进行了实验验证,实验结果表明:改进后温控系统的静态性能和动态性能得到加强,控制精度较之前未受影响,铂热敏电阻器的使用未影响液浮陀螺仪的各项性能指标,为液浮陀螺仪选择更可靠的温控元件提供了有力的依据。     

激光陀螺温度误差补偿方法研究

激光陀螺是捷联惯导系统的理想元件,并广泛应用于航空、航天、航海以及地面定位定向等方面;但是,激光陀螺对温度十分敏感,温度的变化会造成激光陀螺零偏的变化,最终影响捷联系统的初始对准和导航精度;所以当要求激光陀螺工作在高精度的场合时,必须采取必要的温度误差补偿措施;通过对激光陀螺进行大量的温度试验,分析了温度及温变速率对激光陀螺零偏的影响规律,提出了激光陀螺温度补偿模型;经试验验证,此模型能在一定程度上改善温度对激光陀螺精度的影响,为进一步提高激光陀螺的精度打下基础。     

非平面腔四频差动激光陀螺的温度补偿

为了减小温度对非平面腔四频差动激光陀螺的影响,对不同变温条件下的补偿模型进行了研究.首先进行了静态温度实验,补偿后零偏的标准差为0.01(°)/h.然后进行了1℃/min高低温循环、1℃/min-5℃/min随机变温和急剧升降温三种条件下的动态变温实验,分别建立了三个温度补偿模型A、B、C.前两种变温条件下的零漂能够得到较好的补偿,但急剧升降温时尽管陀螺体实际温度变化不大,补偿效果却最差.在上述三个补偿模型中,温度变化率所起作用从A-C越来越大,表明变温速度越快,陀螺体温度不平衡越大,增大了补偿难度.因此,为了增强补偿效果,除了减小陀螺本体的温度敏感性外,还要尽量减小变温过程中陀螺体上的温度梯度.     

机抖激光陀螺稳频控制技术的研究

激光陀螺的工作中心频率作为激光陀螺的工作计量基准,其频率的稳定性直接影响激光陀螺的测量精度。稳定激光陀螺工作中心频率最有效的方法是采用主动腔长补偿控制。在介绍了腔长控制原理和方法基础上,提出将激光陀螺输出光强信号进行交直流分量分离独立控制的方法,并给出系统的硬件设计框图,最后介绍了软件设计流程。测试结果表明漂移均方差在0.4°/h以内,满足系统的使用要求。     

小型集成三通道机抖激光陀螺数字式控制电路设计

针对军事和民用工程中亟待解决的捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度问题,提出了一种以单块电路板实现对3个机械抖动激光陀螺进行数字式稳频控制、抖动控制、稳流控制、信号检测及脉冲计数的全功能小型机抖激光陀螺集成控制方案,设计了以DSP和FPGA为核心控制器的陀螺电路。试验结果表明,该集成控制电路能同时实现3路陀螺的自动控制,参数调整灵活方便,控制精确稳定,在实现小型化集成化的同时,提高了激光陀螺的输出精度,为捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度奠定了基础,已在多个项目中获得工程应用,具有较高实用价值。     

双螺杆塑料造粒机组集散控制系统设计

设计了基于串行总线结构的开放型集散控制系统,采用RS485协议进行主机与分布式智能控制单元之间的远距离通讯和控制。对集散控制系统中的硬件配置、软件结构、协议实现和系统扩展等问题进行了详细的讨论,实现了双螺杆塑料挤出造粒机组中温控、电机和计量子系统的集散管理与控制。论文还针对机组温控系统的大滞后问题,通过对温控区间的合理分段,将积分分离PID控制算法与经验和逻辑判断相结合,提出了改进的非线性控制策略,显著提高了湿度控制效果。     

基于模糊控制的锡炉温度控制系统的设计

针对传统温度控制系统建模困难,控制性能差的缺点,本文介绍了一种以STC89C52单片机为核心,采用模糊控制算法的温度控制系统,并对模糊控制思想及系统的软、硬件设计进行了详细阐述。实践表明,模糊控制方法提高了控制的实时性、稳定性和精确度,并且实现了操作过程的简化。目前,该系统处于实际工业炉温控制的应用和试行阶段,取得了良好的效果。     

模型树在陀螺建模中的应用研究

针对光纤陀螺在启动后各个阶段的变化,介绍一种模型树线性回归算法。采用模型树“分而治之”的思想对陀螺漂移数据进行建模处理,并在叶子结点采用温度补偿的方法建立线性回归模型,得到陀螺在各个阶段的误差模型。实验结果表明,采用模型树算法对陀螺数据进行处理具有更好的拟合能力和预测能力,更适合处理各个时间阶段变化的建模问题。