石英挠性加速度计中补偿环的优化设计

温度对石英挠性加速度计力矩器磁路的稳定性有着极大的影响,进而使标度因数发生变化。为了提高石英挠性加速度计的稳定性和测量精度,首先利用ANSYS有限元仿真分析磁路中气隙处的磁场分布,确定了力矩线圈最优工作位置,减少因摆片上下摆动引起的测量误差;然后对比了在-20℃~60℃时有无补偿环对工作气隙磁通密度的影响,验证了补偿环的温度补偿作用;最后结合实验数据,对温度在20℃~60℃范围内变化时补偿环的尺寸进行了优化。结果表明,在线圈最优工作位置以及补偿环适当尺寸下,工作气隙磁场的温度稳定性得到了很大提高。     

基于加速度传感器的可扩展手势识别

为了提高基于加速度传感器的动态手势识别算法的性能,并且增强系统的可扩展性,提出了一种有效结合机器学习模型与模板匹配的方法.将手势分为基本手势和复杂手势两大类,其中复杂手势可分割为基本手势组成的序列;根据手势运动的特点提取有效的特征量,并利用基本手势样本训练随机森林模型,然后用其对基本手势序列进行分类预测;将预测结果进行约翰逊编码,再与标准模板序列进行相似度匹配.实验结果表明,该方法获得了99.75%的基本手势识别率以及100%的复杂手势识别率.算法既保证了手势识别的精度,也提高了系统的可扩展性.     

差分电容硅微加速度计检测电路研究

针对硅微加速度计中微小差分电容检测,提出了一种基于调制解调方法的闭环检测电路,介绍了该闭环检测系统的原理框图和实现途径。分析了基于单路载波的前置电容-电压( C-V)转换电路,证明了基于相关芯片的解调方法的有效性,其解调效率仅对开环输出有影响;基于双路反馈电路的静电力平衡回路有效提高该检测系统的线性度。结合硅微加速度计参数和电路设计参数,对加速度计系统进行了仿真,仿真结果显示系统稳定,刻度系数为0.9 V/gn 左右,带宽700 Hz左右。结合表头进行的精密转台实验结果表明该加速度计系统刻度系数0.88 V/gn,量程可达±13 gn。     

SiC高温高量程MEMS加速度传感器的仿真与分析

加速度传感器材料的特性对传感器的性能影响很大,SiC作为新一代半导体材料具有优良的力学温度特性,适用于高温、高过载加速度传感器.基于SiC提出了一种可用于高温、高过载环境的加速度传感器设计方案.根据悬臂梁的相关力学理论知识,对传感器结构、尺寸进行了设计,并利用ANSYS有限元仿真软件对SiC材料传感器敏感结构进行模态分析、静力学分析、热分析.仿真结果表明,6H-SiC材料表现出了比Si材料更优异的抗高温、抗过载特性,为应用于高量程、高温环境下的加速度传感器研究提供了可靠的理论基础.     

基于小波分析的MEMS加速度计输出噪声消除

目前MEMS加速度计普遍存在信噪比低、灵敏度不高等缺点,其主要原因是系统内部电路中的干扰与噪声使得有用信号完全淹没在噪声之中,其中1/f分形噪声是主要的噪声.由于1/f分形噪声在小波域中展示出某些特殊性质,且小波分析兼具时-频分析与尺度分析的功能,为了有效消除1/f分形噪声,提出了一种基于小波分析与自适应阈值滤波的多尺度滤波算法.以信噪比、均方根误差作为去噪效果的定量指标,将本文算法与Donoho小波阈值滤波算法进行比较,仿真结果表明,改进的自适应阈值滤波算法优于Donoho阈值滤波算法.运用于MEMS加速度计噪声消除上科学有效.     

二级倒立摆控制器设计及稳定性研究

在二级倒立摆控制器优化设计的研究中,由于二级倒立摆系统是一种复杂多变量、强耦合的不稳定系统,较难达到稳定平衡状态,首先要建立模型,之后才能够进行系统仿真与实际控制实验.由于系统对控制器性能要求较高,因此选用遗传算法训练的小波神经网络控制器,并针对遗传算法仍然存在的收敛速度慢,泛化性能差,可能陷入“早熟”等许多问题,对算法加以改进.将采用罚函数为基础的小生境技术引进到遗传算法中;并根据个体适应度来改进交叉概率.在仿真与实物控制实验中,控制器能够实现二级倒立摆系统的稳定控制,且抗干扰能力、系统平衡恢复速度优良,验证了设计的二级倒立摆控制器的有效性.     

基于参数自适应模糊PI的三级倒立摆控制

三级倒立摆作为高阶次、多变量、非线性、强耦合的不稳定系统,不易对其进行有效控制.在基本模糊控制器基础上,设计了一种参数自适应模糊PI控制器.即通过LQR(Linear Quadratic Regulator)最优控制理论方法,确定出融合函数,降低了模糊控制器的输入维数,减少了控制器规则数.经过参数修正模糊控制器,实现参数自适应调整,提高了系统控制性能.通过SIMULINK仿真及对比,结果显示,系统能在较短时间内达到稳定,控制效果、稳定性及鲁棒性均较好,能满足系统要求.     

基于ADIS16354的姿态角传感器设计

介绍了ADIS16354器件(陀螺仪和加速度计集成传感器)的基本功能;利用TMS320F2812 DSP搭建了一个硬件平台并通过SPI接口完成对ADIS16354的控制、数据采集和状态查询;结合捷联惯性导航系统姿态解算算法及DSP快速解算的特点实现了载体的俯仰角和倾斜角的测量;编写上位机程序实现对ADIS16354的配置和解算结果的实时显示。在无磁转台上进行了静态和动态条件下的测试,结果表明:该姿态角传感器具有较高的角度稳定度(陀螺漂移率小于0.02°/s)和准确度,抗磁干扰能力强,可广泛用于在工业自动化、导航定位、航空航天等场合。     

一种新的无陀螺惯性测量组合标定方法

无陀螺惯性测量组合在角速率解算过程中不仅需要知道加速度计标定因数、零偏及实际安装方向向量,还需要准确获取加速度计的实际安装位置.针对上述特点,以加速度计输出模型为基础,提出并建立了一种广泛适用于各种无陀螺惯性测量组合的标定方法.该方法经转台位置和速率实验验证可以准确得到加速度计标度因数、零偏及安装误差,进一步提高了载体线加速度和角速率解算精度,从而为后续的姿态解算奠定基础.     

基于微加速度计的鼠标系统设计

设计了一种新型的输入设备--微加速度计鼠标系统,该系统融合了MEMS微加速度计和无线射频技术,能够实现传统鼠标的功能.该系统由用户控制和信号接收两部分组成.无线射频技术使得用户控制模块能够摆脱线缆的束缚,在空中自由运动,并可通过人体任何部位进行控制.二维旋转角算法和按键模拟算法的提出,使该鼠标系统能达到比传统鼠标更高的控制精度、更高的DPI,实现无按键的操作.