MEMS陀螺零偏误差补偿方法研究

在高动态、恶劣温度环境下,MEMS陀螺仪零偏不仅受温度变化的影响,同时还受线、角运动等影响,其真实误差是所有因素耦合的结果。针对MEMS陀螺零偏温度和转速非线性耦合误差补偿问题,根据径向基(RBF)神经网络原理,提出了一种新的零偏误差补偿方法,并利用一种隐式结构MIMU对补偿效果进行比较,验证了采用RBF神经网络对低精度MEMS陀螺零偏误差补偿的有效性。     

带温度补偿的低温漂石英微机械陀螺接口ASIC设计

本文通过分析石英陀螺的工作原理,设计了闭环自激驱动、低噪声相敏解调原理的接口电路,并研究了驱动力耦合对零位输出造成的影响,以提高石英陀螺的环境适应性。通过研究传感器敏感表头的空气阻尼和谐振频率等方面的温度特性,得出温度对驱动力幅值的影响。进而提出通过驱动力幅值进行温度补偿的方法。对接口电路温度特性以及对陀螺零位输出的影响进行了分析,设计了全温区带宽恒定的运算放大器单元,抑制由于检测信号中高次谐波分量比例变化产生的温度漂移,并在高压N阱CMOS工艺下流片,实现低温漂接口ASIC。在-45℃~85℃的温度范围内对石英陀螺整机进行零位温度循环测试,利用驱动力幅值对零位输出进行三阶拟合补偿,补偿后全温零位温度漂移小于20°/hr(1σ),短期稳定性为5°/hr,输出噪声为0.001°/s/√Hz。     

基于RBF神经网络的数字闭环光纤陀螺温度误差补偿

为了消除数字闭环光纤陀螺温度误差,设计了基于径向基函数（RBF）神经网络的温度误差补偿方案,对该方案所采用的标度因数误差模型和偏置误差模型进行了研究。首先,根据光纤陀螺的温度误差分布情况设计了标度因数误差和偏置误差联合补偿的方案。接着,将基于多尺度分析的噪声和趋势项分离算法应用于建模数据预处理,以提高建模数据准确性。然后,建立了RBF神经网络模型,并改进模型的学习方法以防止网络的过拟合。最后,讨论了模型输入向量对神经网络规模的影响。温度补偿的结果表明：标度因数误差模型的残差均方（RMS）达到0.73 ,偏置误差模型的RMS达到0.051 。该建模方法可以满足中、高精度光纤陀螺实时温度补偿的要求。     

三轴激光陀螺温度误差动态建模及补偿技术

提出了一种新的三轴激光陀螺温度误差动态建模及测试方案,并进行了实验。实验结果表明,新的动态模型能够对大变温率、大范围温变条件下陀螺的漂移进行有效补偿,且补偿后陀螺精度在全温度范围内优于0.05 °/h 。与静态模型相比,动态建模方法具有测试时间短、模型精度高及易于工程实现等优点。     

光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究

针对光栅读数头输出信号存在正交误差的问题,提出基于坐标旋转数字式计算机算法(CORDIC)的正交误差实时补偿方法。针对CORDIC算法在正余弦信号角度解算时存在误差较大区间以及在正余弦信号峰值区间角度解算灵敏度低的问题,引入向量模式双迭代方法抑制CORDIC算法因迭代收敛过快而带来的角度解算误差,并结合局部查表法消除信号峰值区间的角度解算误差。正交误差补偿过程包括相位解算、相位补偿和信号重构3个环节。以解算出的角度值为对象进行整周期误差角度的实时补偿,采用CORDIC算法旋转模式根据补偿后的角度值重构余弦信号,实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。以FPGA为平台实现该补偿方法并验证其相位差检测和补偿效果,实验表明信号在正交误差[1°,10°]时,相位检测误差在±0.04°以内;信号在不同频率不同相位差时,补偿后其相位最大误差在±1°以内,平均误差在±0.1°以内,均方差在0.5°以内,证明该方法可有效实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。     

经济型数控车床机械间隙误差的程序补偿方法

本文从理论上实践上分析了经济型数控车床机械间隙误差的两种补偿方法－控制程序补偿法和加工程序补偿法，同时分析了这两种方法的原理、编程方法及应注意的问题。     

基于SVM的激光陀螺温度误差建模与补偿方法

激光陀螺误差决定了机载全成孔径雷达(SAR)运动补偿用位置姿态测量系统(POS)的测量精度.针对激光陀螺测量精度受环境温度影响严重的问题进行了研究,分析了激光陀螺的温度误差模型,结合支持向量机SVM的函数拟合功能,提出一种新的陀螺温度误差建模与补偿方法.与基于线性回归以及神经网络的补偿方法相比,该方法具有精度高、泛化能力强等优点.实验结果表明,激光陀螺的温度误差减小约75％,提高了激光陀螺对环境温度的适应能力.     

一种改进的挠性陀螺POS标度因数误差补偿方法

针对航空遥感的作业环境特点,分析了一类位置姿态测量系统(position and orientation system,POS)用挠性陀螺的标度因数与输入角速度之间的关系.通过实验发现了在小角速率范围内陀螺标度因数与输入角速度呈规律性的“双曲线”关系.提出了一种改进的多位置动静混合误差标定与补偿方法.首先根据输入角速度的正负分别标定陀螺标度因数并建立两者的对应关系,然后在误差补偿时根据输入角速度的方向和数值变化更新标度因数及其他误差系数,进而提高误差补偿精度.实验结果表明,利用改进方法进行误差补偿后POS角测量精度可以提升约20％.     

加工中心几何误差建模与补偿研究北大核心

运用多体系统理论,以NAS979圆锥台试件作为检测试件,针对一种立式五轴加工中心,分析了33项几何误差,并建立了几何误差模型。将仿真结果与三坐标机测量结果进行对比,验证了几何误差模型具有比较理想的预测性能。根据实际情况简化了误差模型,并提出了几何误差补偿策略,为加工中心的几何误差补偿研究提供了理论基础。     

光纤陀螺零偏稳定性研究

以简明的方法推导了干涉型光纤陀螺零偏稳定性表达式,并讨论了它们的适用范围和局限。     

石英MEMS陀螺漂移周期性误差补偿研究

为提高基于石英MEMS陀螺仪的微小型惯性导航系统的性能,本文对应用于MIMU的石英MEMS陀螺仪零点漂移中周期性误差补偿方法的原理和特点进行分析研究,得到一种新的补偿方法.该方法先利用数据平滑前的数据确定误差折算公式的系数,再以折算公式补偿数据平滑后得到的低频数据.从实验结果来看,这种方法在保证实时性要求的前提下,能避开数据平滑过程对周期性误差频率稳定性的影响,提高补偿精度,是一种有效的石英系列MEMS陀螺仪漂移实时补偿方法.     

数控机床误差补偿技术研究

提出基于多体系统理论的数控机床运动误差模型,几何误差参数综合辨识模型及相应测量技术,使用９线位移误差及直线误差测量,可准确辨识数控机床整个工作区间内的全部２１项几何误差参数;在三坐标立式加工中心上进行软件误差补偿实验,并上坐标测量机检验。结果表明,建模方法具有较强的实用性,对数控机床加工误差补偿效果明显。     

加工中心热误差补偿研究

文章基于多体系统理论,提出加工中心的热误差建模理论和方法：并以三轴MAKINO加工中心为例,建立热误差模型并进行参数辨识,最后以软件实时补偿方式进行实际铣削,实验证明补偿效果显著。     

力平衡模式下半球谐振陀螺正交误差控制

针对力平衡半球谐振陀螺的正交漂移问题,对半球谐振陀螺的漂移机理进行了理论建模与分析。引起半球谐振陀螺漂移的主要因素是谐振子的频率裂解以及周向振元衰减时间常数不一致。谐振子振元衰减时间常数不一致主要导致陀螺产生同相漂移;而谐振子频率裂解主要导致陀螺产生正交漂移。同相漂移由于和外界输入角速率所产生的哥氏力相位相同,因此无法从陀螺的输出中剔除,只能通过标定进行补偿。正交漂移则可通过正交控制回路改变谐振子不同方位角上的刚度系数予以消除。为了将谐振子的频率裂解抑制到最小,将陀螺正交漂移项作为正交回路的误差反馈量,实现了基于FPGA的全数字控制方案。实验结果表明,此控制方案可以有效地降低谐振子的频率裂解,抑制半球谐振陀螺的正交漂移。     

异面腔四频陀螺中的模牵引效应及补偿技术

为了提高异面腔四频差动激光陀螺(NFMDLG)的精度,提出了一种利用互易偏频的零偏补偿技术.根据气体激光器经典理论,推导了NFMDLG的互易偏频和零偏的表达式.分析了NFMDLG中的左旋陀螺分别位于增益曲线左、右侧时其输出零偏的特点,指出磁圆二向色性差损导致的零偏在这两种情况下大小相同符号相反.搭建了一套可同时测量互易...     

光纤陀螺零偏稳定性研究

以简明的方法推导了干涉型光纤陀螺零偏稳定性表达式，并讨论了它们的适用范围和局限。     

数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿

为提高数控机床的精度,提出一种数控机床的几何与热的复合误差综合建模方法。通过分析机床在不同温度状态下的误差数据,得到机床误差分布规律;根据几何误差和热误差的不同特性进行误差分离,采用多项式拟合与线性拟合方法建立机床几何误差与热误差的综合数学模型;利用数控(Computer numerical control,CNC)系统的外部机床坐标系偏置功能,应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿。该误差补偿方法综合考虑机床几何误差及其在机床不同温度下的变化,全面分析整个温升过程直至热稳态的误差及其变化规律。经检测认证表明,应用该误差补偿方法及其实时补偿系统可使机床在常温下的定位误差由44.1μm降低到3.6μm,补偿91.8%;温升之后的定位误差由26.0μm降低到5.1μm,补偿80.4%,大幅度提高机床的精度。     

硅微陀螺正交误差校正方案优化

本文意在寻求双质量硅微机械陀螺仪正交校正最优方案。首先介绍了带有正交校正和检测力反馈梳齿的双质量硅微机械陀螺结构,量化分析了正交误差对输出信号的影响并进行了仿真,结果显示解调相角变化为±2°,200(°)/s的正交误差等效输入角速率可引起15(°)/s的输出信号变化。然后,对目前3种比较主流的硅微机械陀螺仪正交校正方法(电荷注入法(CIM)、正交力校正法(QFCM)和正交耦合刚度校正法(QCSCM))进行了实验研究,从理论上证明了这3种方法的可行性。对未加入正交校正环节的陀螺进行了实验,结果显示其左、右质量块输出的正交误差信号峰峰值分别为150mV和300mV。针对两质量块正交误差不等的实际问题提出了质量块单独校正的方案。采用CIM、QFCM和QCSCM对校正前零偏及其稳定性分别为-4.589(°)/s和378(°)/h的陀螺进行了实验校正,结果显示3种方法均可有效消除检测通道中正交信号,3种方法的零偏及零偏稳定性结果分别为-8.361(°)/s和423(°)/h,2.419(°)/s和82(°)/h,1.751(°)/s和25(°)/h,证明了正交耦合刚度校正法为3种方法中的最优方案。