基于椭球拟合的三轴陀螺仪快速标定方法

陀螺仪是惯性导航系统的核心器件,其测量精度直接影响惯性导航系统的姿态解算的准确性,对其准确、快速地校准显得至关重要。目前陀螺仪所采用的位置标定和速率标定方法,存在测试条件苛刻,需要精密的标定测试设备和高精度的北向基准,且标定时间长等问题。在分析了三轴陀螺仪误差模型的基础上,提出了一种基于椭球拟合算法的三轴陀螺仪快速标定方法。该方法通过对三轴陀螺仪在不同姿态下对同一角速度矢量的测量数据进行椭球拟合,可快速标定出该三轴陀螺仪的零偏、灵敏度、不正交等静态误差,进而对角速度矢量测量数据进行补偿,以提高测量结果的准确度。实验结果表明该方法可有效提高三轴陀螺仪的测量精度。

低空遥感小型三轴陀螺稳定平台的设计与实现

按照测绘领域专用、性价匹配的思想,设计并实现了一套低成本的低空遥感小型三轴陀螺稳定平台。该系统以自主设计的三轴铝制云台为平台,以微电子机械三轴角速率陀螺、线加速度计和磁阻传感器为基础,配置ARM CortexTM-M3 32位核心微处理器,以数字钛合金舵机为驱动输出,具有体积小、精度高、成本低、自主稳定与罗差自检校等特点。实验表明,稳定平台的航向角测量精度可达1°,俯仰角和横滚角可达0.1°,机械控制精度优于0.1°,驱动响应时间小于20ms,可以满足小区域大比例尺地形图立体测绘对稳定平台的要求。

一种单目相机/三轴陀螺仪/里程计紧组合导航算法

针对车载基于MEMS-IMU/里程计/GPS组合导航系统在无GPS信号情况下,定位误差发散较快问题,提出一种基于单目相机/三轴陀螺仪/里程计紧组合导航方法,实现了较高精度定位。该方法分为初始化阶段和导航阶段两部分,在初始化阶段,通过三轴陀螺仪和里程计在线估算单目相机的尺度因子;在导航阶段,先通过基于三轴陀螺仪/里程计的航位推算实时解算载体位姿,再将单目相机观测到的带有尺度因子的特征点作为观测量,通过非线性优化方法,估计出载体位姿误差并进行修正。利用四轮小车开展算法验证实验表明,室外非闭环情况下累积误差约为里程的1.9%,在室外闭环情况下累积误差为里程的0.5%。

MEMS三轴陀螺仪中不匹配干扰抑制方法

微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)陀螺仪作为一类新型角速率传感器,其制造和应用过程中不可避免会受到不匹配干扰的影响,即速度项的测量过程中引入各种噪声,降低MEMS陀螺仪的检测精度。在滑模控制策略下提出一种基于辅助变量的非线性干扰观测器,对MEMS陀螺系统中存在的不匹配干扰进行实时估计,同时针对积分自适应切换增益发散问题,采用了一种避发散技术—死区技术。最后通过李雅普诺夫理论进行了系统稳定性分析。仿真结果表明,该策略实现了轴向轨迹跟踪,提高了陀螺仪的检测精度。

基于三轴陀螺仪的微型液压伺服平台

设计了一种以液压为动力的伺服平台,伺服平台主要由三个微型液压缸组成,以ATMEL168 8位数字芯片为主控电路,使用LIS3LV02DQ三轴陀螺仪对伺服平台的动态进行高速测量和反馈,通过伺服电机控制的流量泵达到对伺服平台的精确随动跟踪控制,并且可以通过编程实现伺服平台在空间6个自由度上的精确定位。

基于三轴陀螺仪的采摘机械臂动力学数据采集系统

为了实现对采摘机械臂的精准控制,提出了一种基于三轴陀螺仪MPU6050的采摘机械臂动力学数据采集系统,并完成了系统软硬件两方面的设计和研究。其中,硬件部分主要是利用3组MPU6050对3个关节的线加速度和角加速度数据进行采集,然后发给微处理器进行分析处理;软件部分则是根据采摘的信息计算出采摘机械臂位置,并与实际需要达到的位置进行比较,从而实现对控制电机的微调,保证采摘精准度。试验结果表明:采用三轴陀螺仪的机械臂采摘准确率明显高于普通的机械臂,采集各关节线加速度和角加速度的可靠性和准确性较高,满足设计要求。

三轴陀螺稳定平台伺服回路全姿态解耦及变增益控制方法

在载体大机动飞行背景下,要求惯性平台具备全姿态的功能。国内现有的三轴陀螺稳定平台(简称三轴平台)不具备全姿态的功能,在内框架增加了限位挡钉以限制内框架角的工作范围,主要是基于内框架角不能工作在接近于±90°的认识。为了准确描述全姿态条件下三轴平台的运动规律,指出了传统动力学推导过程中的不足之处,重新建立了三轴平台的动力学模型,基于该模型给出了非奇异的全姿态伺服回路并提出了一种新的全姿态解耦方法,包括力矩解耦和转动惯量解耦。最后,针对转动惯量在框架转动过程中非定值的问题,提出了基于H∞控制理论的变增益控制策略。仿真结果表明,变增益控制器相对定常参数控制器可显著改善三轴平台伺服回路控制的性能。

基于MSP430控制系统对机器人带有三轴陀螺仪舵机可靠性的措施

类人形机器人在运动时,双足处带有三轴陀螺仪舵机,可同时测定6个方向的位置,并能加速,移动轨迹。而单轴的只能测量两个方向的量,即1个系统需要3个陀螺仪,而1个3轴的就能代替3个单轴的。由于MSP430控制系统是一款低功耗芯片,对类人形机器人运动需长时间靠三轴陀螺仪舵机,平衡类人形机器人运动,达到控制目的。

基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法

针对目前三轴陀螺仪标定存在依赖于昂贵的转台设备或标定参数不完全的问题,本文提出了一种了基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法。该方法首先使用六位置法对加速度计12参数模型、三轴陀螺仪比例因子、三轴陀螺仪静态零偏进行标定补偿,然后对三轴陀螺仪非正交误差模型建模,进行系统级标定。两步修正法可实现在无精密设备条件下快速准确的对各项误差进行辨识,获得良好的标定效果。仿真实验表明,本文算法所获得的非正交误差均值接近1%,标准差小于0.1%;比例因子误差均值小于0.14%,标准差小于0.004%,且具有很好的一致性。实际实验表明,65 s纯惯性导航姿态更新结果中,该标定方法的俯仰角误差精度可以达到0.624°,横滚角误差精度可以达到0.67°。

基于三轴陀螺仪稳定技术的汽车安全座椅设计

本文针对轿车使用安全带与安全气囊对驾乘人员造成的交通损伤,分析了汽车在紧急刹车、碰撞、转弯、颠簸情况下安全带与安全气囊存在的弊端,基于三轴陀螺稳定平台技术隔离载体扰动的原理提出了稳定座椅的第三种安全保护装置。本文设计了基于三轴陀螺稳定平台技术的安全座椅结构,分析了座椅稳定平台满足稳定的理论条件,证明了陀螺稳定平台稳定座椅的可行性。基于三轴陀螺仪稳定技术的汽车安全座椅优化设计从原理上为现有轿车安全保护措施的优化提供参考。

三轴陀螺仪下的飞行器自动飞行控制

设计中的四旋翼飞行器,通过测量,得出其飞行中的一些姿态数据信息。预测角速率,实施更新,把相关数据作为观测更新,获得比较精确的姿态角度信息。进而实现飞行控制的目的,后续应用前景较好。

基于离心机的三轴陀螺仪惯性组合标定方法

在航空航天领域不断发展的过程中,深入研究惯性元件的标定方法、提高标定精度可以为航空航天领域的发展提供技术支持。文章基于离心机与三轴陀螺仪的相关内容,提出一种基于离心机的三轴陀螺仪惯性组合标定方法,结合应用过程中得到的反馈资料,校核了此标定方法可行性,以此来提高所得数据的标定精度,达到全面控制标定误差的目的。

空间三轴陀螺反射镜放电环境损耗变化规律研究

利用空间三轴激光陀螺三个谐振腔光路相互垂直和腔镜共用特性,设计了一种反射镜在腔内氦氖放电等离子体作用下的损耗变化实时测量方法,研究了反射镜的损耗变化过程。实验表明,放电时反射镜的损耗迅速增加并趋于稳定,断电后损耗迅速下降而后趋于平缓并在后续放置过程中缓慢下降至初始值。进一步地,对断电后的陀螺开展了低温和高温实验,研究了反射镜损耗的变化规律。为研究等离子体作用下损耗变化的机理,基于气体放电流体模型,对激光陀螺腔内氦氖等离子体的特性进行了仿真,得到了腔内反射镜表面电子和主要离子的能量及分布。仿真结果表明:等离子体中的电子具有较高的能量,将使反射镜产生更多缺陷,改变反射镜的光学特性。研究结果对于进一步研究反射镜在等离子体作用下的稳定性具有重要意义。

MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究

MEMS陀螺仪作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测与导航控制中有着广泛应用。根据三轴数字陀螺仪的数学模型,设计了三轴数字陀螺仪的标定实验,介绍了数学模型中陀螺仪标度因数、安装误差系数以及零偏移值的计算与处理方法。理论分析与实验结果表明:该标定方法原理简单、易于实现,且标定结果精度高,标定后的解算矩阵可为后续姿态解算和导航控制提供较为准确的量测数据,同时,该标定过程和数据处理方法对MEMS三轴数字陀螺仪的标定具有一定的参考价值。

低成本三轴微数字陀螺仪标定方法及实验研究

MEMS陀螺仪价格低廉但是误差很大,因此需要对传感器性能参数进行测试和标定,以建立准确的输出数学模型来减少系统误差。文中通过MEMS陀螺仪的动态实验和摇摆实验,验证了所选用的MEMS三轴数字陀螺仪具有良好的动态速率跟踪和测试性能。给出了MEMS陀螺仪的输出数学模型,在此基础上,设计了MEMS三轴数字陀螺仪的标定实验方案,并通过实验数据分析验证了该方法的正确性和有效性。

四模态匹配三轴硅微陀螺仪

为了实现单片集成六自由度微惯性测量单元,提出了一种改进的由4个大质量块和4个小质量块组合而成的四方全对称结构的三轴陀螺仪。介绍了该惯性测量元件的结构及工作原理,根据结构参数计算出了详细的性能指标,并进行了面内驱动模态和面内外的敏感模态仿真。为提高各敏感模态的机械灵敏度,提出采用双重静电频率调谐方案,即先对公共质量块施加调谐电压,使驱动模态和航向模态的频差最小;再对小质量块上方的多晶硅电极施加另外的调谐电压,最终使四模态频率偏差小于30 Hz,从而说明该频率调谐方法是有效的。然后,通过分析热弹性阻尼能量耗散机理,对驱动及敏感谐振模态的品质因数进行仿真。结果表明:真空环境不考虑空气阻尼情况下,两种模态的品质因数分别为23816和19 507。最后,基于表面加工和体加工工艺,设计了高深宽比的加工流程。对该四方对称解耦结构的设计和仿真表明其模态匹配和品质因数性能满足三轴陀螺的设计要求。

单片三轴硅微机械振动陀螺仪研究

设计、制造了一种单片集成三轴硅微机械振动陀螺仪.该器件由两个结构完全相同的单轴水平陀螺仪和一个单轴垂直陀螺仪组合而成,三只单轴陀螺仪均采用静电驱动、电容检测的结构形式.采用体硅溶解薄片法制造了该三轴陀螺仪芯片,并对其在空气中的驱动性能进行了初步测试.测试结果表明,该单片三轴硅微机械振动陀螺仪驱动模态的实际谐振频率与理论值之间的最大误差小于5%,满足设计要求.

三轴陀螺稳定平台的惯量耦合问题研究

分析了三轴陀螺稳定平台的惯量耦合规律,给出了转动惯量耦合方程,并进行仿真计算与分析,从而为陀螺稳定平台的进一步研究工作打下了基础。

旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺的信号提取算法

旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺的输出信号是滚转、偏航、俯仰三个角速度耦合在一起的特殊信号,需要对其输出信号进行分析才能解出弹体的三个角速度。为解决这一问题,文中从旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺结构原理出发,建立陀螺运动的动力学数学模型并对其进行了分析,提出通过对陀螺的输出信号作FFT变换方法来实现陀螺的三轴角速度的提取,并用MATLAB对这种方法进行仿真分析,结果表明用这种方法能够提取出陀螺的横滚、俯仰和航向角速度信号。

对称分布的三轴谐振陀螺仪的设计、分析与仿真

为了实现单片集成三轴陀螺仪,提出了一种完全对称的四方陀螺结构。介绍了该陀螺的结构设计及工作原理,给出了动力学简化模型,并给出了其动力学方程的详细推导。运用Ansys软件对陀螺结构进行了静态分析和模态分析,仿真结果表明,陀螺在施加100 GHz载荷下所受最大应力为1.942 MPa,陀螺各模态的固有频率分别为57.345 k Hz、57.382 k Hz以及57.395 k Hz,各模态间匹配性能较好。对陀螺结构的仿真研究的结果表明其抗过载及模态匹配满足陀螺的设计要求。