无驱动陀螺信号的频谱分析与滤波处理

为解决无驱动陀螺输出信号中干扰噪声较大的问题,考虑对陀螺信号进行数字滤波处理。根据陀螺输出信号的特点推导了无驱陀螺信号的频谱函数表达式,确定信号的频谱特点。分析了加窗截断对其频谱的影响,并对采集的信号在不同宽度的矩形窗下做快速傅里叶变换验证了所得结果。根据实际使用中无驱陀螺信号的有用频带位于低频段的特点,利用MATLAB设计低通滤波器进行滤波处理,滤波后效果较好。     

敏捷小卫星姿态控制律和操纵律一体化设计

研究了以控制力矩陀螺(CMG)为执行机构的敏捷小卫星姿态控制系统控制律和操纵律的一体化设计.首先,采用4个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)构成典型的金字塔构型的CMG,并根据CMG的框架轴轴承会逐步退化建立CMG动力学模型.然后,基于自适应控制思想,设计控制律和操纵律一体化的控制器,同时考虑到为避免CMG奇异性影响,基于Lyapunov理论证明其组成的闭环系统渐近稳定.最后,通过建立敏捷小卫星闭环姿态控制系统对算法进行仿真验证,仿真结果表明该算法简单有效,能够实现敏捷小卫星快速姿态机动.     

光纤陀螺在机器人定位中的应用

利用光纤陀螺、采集卡、机器人和虚拟仪器软件模块的上位机等构成一个机器人定位应用控制平台。将采集的主从式机器人实际位置信号、设定的位置值以及定位差值,通过蓝牙通信技术传送到设计机器人控制器进行误差数字化,其输出值u来确定控制信号,改变主从式机器人定位舵机的位置,构建多机器人编队系统。实验结果表明光纤陀螺在机器人定位中的应用系统是可行的。     

基于加速度变噪声EKF的无人机姿态融合算法

针对传统无人机姿态解算方法过程复杂、计算量大、动态性能差的缺点,建立无人机姿态模型;采用陀螺仪对加速度计直接进行滤波的方法,设计出新的基于扩展kalman滤波的加速度滤波器;并且考虑到无人机非重力加速度的影响,对常规kalman滤波器进行了变噪声的改进。利用STM32微控制器和MEMS惯性单元搭建硬件平台进行对比实验。结果表明:在168 MHz时钟频率下,一次传感器数据读取和姿态解算总共耗时3.27 ms,数据更新率可达100 Hz。新算法飞行动态误差小于1°,而传统四元数法动态误差为2°左右;变噪声处理后静态瞬时偏差由4°降到1°。说明新算法的抗震效果和解算精度更好,可以为无人机自主飞行提供更准确的姿态信息。     

光纤陀螺在煤矿井下的应用研究

煤矿井下工况环境复杂恶劣,传统的测量仪器已经渐渐不能满足生产要求,光纤陀螺作为新一代惯性技术,具有诸多优点。本文从煤矿井下生产实际出发,探索了光纤陀螺技术的应用方向。     

陀螺 质量声子晶体结构力学研究

声子晶体是由不同材料组成的周期性结构.其显著特点是弹性波在传播时,受其内部结构的作用,在一定频率范围(带隙)内会抑制弹性波的传播,而在其他频率范围(通带)可以无损耗地传播.本文提出并设计一种新型的陀螺-质量声子晶体结构,研究并且分析了不同参数对于陀螺-质量声子晶体结构振动通带的影响,并通过有限次结构数值计算进行验证.     

MEMS陀螺漂移误差建模与滤波

MEMS陀螺漂移误差直接影响光电稳定跟踪平台伺服机构的控制精度.针对MEMS陀螺随机漂移误差慢时变、弱非线性、难以准确补偿的特点,基于随机序列时序分析法的基本原理,对预处理后的MEMS陀螺漂移残差信号进行建模,并根据模型对残差信号进行Kalman滤波.结果显示滤波前后信号的方差提高了1到2个数量级,表明有效抑制了漂移误差,提高了MEMS陀螺的精度.     

基于MEMS陀螺仪的铁路轨道塌陷监测系统设计

针对铁路轨道经常塌陷、事故频发现状,为有效监测轨道塌陷情况,设计了一种基于微机电系统(MEMS)陀螺仪的铁路轨道塌陷监测系统.分析了系统的基本设计原理,以MEMS陀螺仪、GPS模块为姿态测量元件,采用可编程逻辑控制器(PLC)对陀螺仪和全球定位系统(GPS)模块信息进行实时采样,定制了Win CE操作系统的ARM存储控制.同时,应用卡尔曼滤波算法在Matlab上实现陀螺仪和GPS数据融合、消除噪声.系统测试前使用专用水平仪传感器进行静态检测.测试结果表明:在平整和颠簸两种路段下,系统检测值准确可靠.当系统检测出倾角误差绝对值大于0.4°时,能够准确反映塌陷超标并反馈信息.系统符合我国铁路轨道动态检测指标,可广泛应用于铁路轨道塌陷监测.     

基于单轴光纤陀螺的车载组合导航系统设计

针对陆上车辆导航定位设计了一种基于单轴光纤陀螺的简化惯导系统(Reduced Inertial Sensor System,RISS),该系统由一个单轴光纤陀螺、三个加速度计和一个倾角传感器组成。为获得较高精度的航向信息利用双天线GPS和RISS进行组合,构成双天线GPS/RISS组合导航系统,应用卡尔曼滤波技术实现数据融合,并进行仿真实验和跑车试验验证所设计系统的合理性。仿真实验结果证明双天线GPS/RISS组合导航系统与GPS/RISS组合导航系统相比,航向精度得到显著提升。跑车实验结果表明,设计双天线GPS/RISS组合导航系统的位置误差小于2m,航向角误差小于1°,能满足车载导航定位定向需求。     

便携式车身动态姿态检测系统的设计

为实时掌握汽车在行驶过程中的车身姿态,检测其动态性能,设计了以单片机为控制核心的便携式车身动态姿态检测系统.陀螺仪传感器将采集的汽车三维角速度信号传递给A/D转换器,经过软件系统进行A/D转换和积分处理,在LCD显示器上显示车身在不同时刻的俯仰角、侧倾角和横摆角等动态参数,并进行存储.测试结果表明,该车身动态姿态检测系统工作稳定可靠,满足使用要求.