基于SINS/OD失准角观测的垂线偏差测量方法

组合导航系统的姿态失准角与垂线偏差(deviation of vertical,DOV)存在对应关系,通过对姿态失准角的观测是实现DOV测量的一种有效手段。本文基于车载捷联惯性导航系统/里程计(strapdown inertial navigation system/odometer,SINS/OD)组合导航姿态失准角观测及失准角误差的递推提出一种DOV测量方法。首先,从组合导航速度误差方程出发,推导出DOV与姿态失准角之间存在复杂的耦合关系。然后,通过沿路径迭代递推的分步计算方法,由导航过程中的姿态失准角直接获取沿线的DOV。最后,仿真结果验证了该算法的有效性,且表明测量精度与行驶路径的长度有关。实验表明,行驶里程35 km的机动路径上DOV误差均值小于0.3″,终点处单点测量误差小于0.7″。

智能电能表轻负荷运行的计量失准原因分析

V/V接线电压互感器在6 kV、10 kV等中性点不接地系统中运用非常广泛,主要应用于三相三线电能计量装置,生产工作中10 kV高供高计专变用户广泛采用三相三线电能计量装置。通过10 kV高供高计专变用户三相三线智能电能表a相电流极性反接,导致智能电能表电流、功率因数、功率等参数异常,引起计量失准,运用用电信息采集系统各种曲线数据,结合负载性质和现场测试数据,研究故障状态下智能电能表的计量参数数据,分析出故障原因,纠正差错电量,提出详细的防范措施,确保电能计量装置安全、准确、可靠运行,有效避免电量差错。

一种改进的基于闭环反馈的大失准角传递对准算法

针对传统的基于计算参数的传递对准算法在大失准角下的强非线性问题以及杆臂误差导致的传递对准精度下降问题,提出了一种改进的基于闭环反馈的大失准角传递对准算法。首先,基于快速传递对准模型,设计了全状态闭环反馈机制,通过对主、子惯导的姿态矩阵不断进行修正,实现大安装误差角估计值的快速收敛;然后,采用线性卡尔曼滤波对状态进行估计。仿真实验结果表明,相比于非线性滤波方法,所提算法在大、小安装误差角下均可以保持较高的对准精度,对准误差基本可以达到0.02°。车载试验结果也验证了所提算法具有更好的传递对准性能。

模块化多电平换流器测量失准的感知及定位

由于子模块众多,直流电网模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的测量系统复杂度较高,易出现个别传感器测量失准的问题。首先,基于MMC的控制模型,对电压、电流传感器测量失准造成的影响进行了定量分析,研究了MMC中电压及电流间存在的冗余关系,并利用离散积分首次推导了计及测量不确定度的子模块电容电压迭代估计值,该算法的收敛性可由不动点原理加以证明。然后,基于残差范数提出针对各种测量失准工况的感知判据,并给出其灵敏度。最后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真进行验证,仿真结果表明:测量失准对MMC各层控制的效果均有不同程度的影响;该文提出的失准判据可在1s内精准感知及定位若干个失准的电压及电流传感器,有效降低其对系统安全稳定运行的影响。

基于MEMS-IMU的动态大失准角STUKF算法

针对微机电惯性测量单元(MEMS-IMU)器件零偏误差大以及传统滤波算法在动态大失准角情况下姿态估计精度差、误差收敛慢的情况,提出了一种状态变换无迹卡尔曼滤波(STUKF)算法。首先,建立了旋转矢量非线性姿态误差模型。然后,通过误差状态变换构建了考虑姿态误差的速度误差状态,使速度误差微分方程中的比力相关项转换成了相对稳定的重力项,避免了无迹卡尔曼滤波(UKF)算法在剧烈角运动、线运动应用场景中计算的误差状态方差与实际不一致的情况。最后,以小型无人船载MEMS-IMU/卫星组合航姿系统为应用场景,经数学仿真及三轴模拟转台实验验证,以速度、位置信息为观测量,在动态大失准角情况下,STUKF姿态误差的估计精度及收敛速度优于UKF和状态变换扩展卡尔曼滤波算法(STEKF)。在三轴转台实验中,在精对准900 s后,STUKF的航向角估计误差收敛到1°(1σ)以内,优于UKF的2°(1σ)及STEKF的3°(1σ)。

电能表状态在线监测与失准更换系统

为了解决用户电能表监测精度低,失准更换效率差的问题,设计了一种新型电能表监测与失准更换一体化系统。采用Hadoop集群更换方式加强电表失准更换能力,将电表更换时长降到最低;利用改进型模糊C均值聚类(FCM)算法对系统运行结果进行验证;通过算法的快速运算能力将系统性能数据化,更容易体现本系统的有效性。试验表明,当电能表额定显示电能最大为613.2 kWh时,最佳更换效率为每小时0.86户,电表监测数据精度最高为98.2%。

纬度未知条件下抗扰动大失准角一体化对准方法

针对晃动基座捷联惯性导航系统(SINS)在纬度未知条件下的大失准角初始对准问题,提出一种基于重力加速度矢量圆锥投影角漂移模型的一体化对准方法。首先,基于惯性系解析式纬度估计原理推导重力加速度矢量圆锥投影角漂移模型。然后,结合SINS非线性误差模型建立大失准角一体化对准滤波模型,并利用简化无迹卡尔曼滤波(UKF)实现圆锥投影漂移角度、失准角与惯性器件误差的同步估计。与传统纬度估计与大失准角初始对准分开依次进行的分段对准方法相比,所提方法可以在一体化对准过程中利用惯性器件误差反馈校正有效提高晃动基座下的纬度估计精度,而高精度的纬度信息可以进一步提高大失准角的对准精度,同时有利于缩短对准时间。仿真结果表明,所提方法在晃动基座下纬度估计精度与对准精度接近于补偿惯性器件误差后的极限精度,纬度估计精度优于1',方位对准精度优于2.5'。实验验证了所提方法在实际工程中的适用性与优越性。

合成气压缩机组汽轮机调速阀失准原因分析及处理

中海石油建滔化工有限公司2000t/d甲醇装置合成气压缩机组汽轮机于2021年3月进行了解体大修,由于检修前汽轮机运行状况良好,本次大修以清理、检查为主。2021年4月4日合成气压缩机组重启后,出现与检修前同等蒸汽流量下汽轮机调速阀阀位大幅上升等问题。2021年4月16日利用甲醇装置短停机会对合成气压缩机组汽轮机调速阀失准故障进行原因排查,最终确认是导阀阀芯与阻尼器连接处防松螺母缺失而阀芯松动使得电液执行器行程输出与动力活塞行程输出比例失调所致。在阻尼器与导阀阀芯连接处安装锁紧螺母并进行静态调试,2021年4月19日合成气压缩机组开车正常后,汽轮机调速阀调节正常。并总结经验教训,建议固化静态调试流程。

低压整流设备对电流互感器失准的影响分析

某些大型加热设备采用“高效节能装置”将交流电半波整流后使用,造成电磁式电流互感器计量失准,少计电量。本文主要从低压整流设备对电磁式互感器计量准确性产生的影响进行分析,同时对抗直流分量DBI互感器在该情况下的计量准确性进行分析比对,为存在低压整流设备使用情况下经互感器接入的电能计量装置的计量准确性分析提供技术指导。

简化UKF滤波在SINS大失准角初始对准中的应用

基于欧拉平台误差角的概念提出了大失准角误差条件下的捷联惯导系统(SINS)非线性初始对准误差模型,该模型无法再用经典的加性噪声模型描述。为了降低滤波计算量,在系统模型噪声和量测噪声均为复杂加性噪声并且量测方程是线性方程时,推导了简化的UKF(unscented Kalman filter)滤波方法,简化UKF滤波公式显示:除通过非线性状态方程使用UT(unscented transformation)变换进行状态及其方差预测外,其它滤波步骤与标准Kalman滤波完全相同。最后,对静基座下SINS初始对准进行了仿真试验,结果表明大失准角条件下的SINS误差模型和简化UKF滤波估计方法是有效的。

CDKF在捷联惯导系统大失准角初始对准的应用

文章基于欧拉平台误差角的概念,建立了大失准角条件下的捷联惯导系统(SINS)非线性误差模型,深入研究了中心差分卡尔曼滤波(CDKF)技术及其在大失准角对准中的应用,进行了静基座下基于扩展卡尔曼滤波(EKF)、Unscented卡尔曼滤波(UKF)和CDKF滤波的SINS初始对准仿真。仿真结果表明,在失准角均为大角度条件下,用CDKF滤波水平对准精度可达0.18,′方位对准精度可达1.63,′比EKF具有更高的精度,并且避免了求Jacobian矩阵带来的不便,提高了可靠性;与UKF相比具有稍高的精度,并减少了可调参数,在实际应用中更加简单方便。

大方位失准角下舰载机快速传递对准技术

为解决舰载主惯导与机载子惯导之间大失准角问题,同时满足对准快速性的需求,提出了从舰载机进入弹射位置开始,到舰载机飞离甲板时间内,基于虚拟惯导(VINS),综合利用舰载主惯导信息、跑道航向信息以及激光多普勒测速仪(LDV)信息,利用速度匹配方法实现舰/机惯导传递对准的方法,并建立了传递对准误差模型。该模型利用舰艇坐标系与跑道坐标系之间的方向余弦矩阵,将舰载坐标系与机载坐标系之间的大失准角问题,转化为机载坐标系与跑道坐标系之间的小方位失准角问题。考虑弹射过程舰艇及舰载机的运动模型,利用数学仿真对传递对准误差模型进行了验证,并与UKF滤波方法进行了对比。仿真结果表明,该方法可以在8 s内实现舰/机惯导的传递对准,对准性能与UKF滤波方法相当,且对准过程不需要舰艇进行任何机动运动。

航向大失准角下的罗经法对准研究

船舶在系泊状态下由于风浪和浪涌的干扰,常会致使捷联惯导系统航向粗对准的精度达不到精对准的要求。为了能够使惯导系统在此种情况下也可以快速的完成精确对准,文中首先分析了罗经法对准在航向失准角大的情况下所受的影响,随后对解决该问题的方法进行了研究,深入分析了该系统在对准过程中参数变化的影响形式,最终提出了一种基于时变参数的罗经法对准方案。仿真和实验的结果表明,与传统的罗经法对准相比,使用这种基于时变参数的罗经法对准在航向大失准角的情况下也能够快速的完成精确对准。

SINS基于非线性量测的大失准角初始对准算法

针对陆用捷联惯导系统(SINS)大失准角初始对准问题,提出一种基于二阶非线性量测的二阶泰勒级数展开的初始对准算法。首先,将大失准角非线性对准问题,转化为具有线性系统方程和二阶非线性量测方程的滤波问题。然后,设计基于二阶非线性量测方程的二阶泰勒级数展开的滤波算法,可以在任意姿态和无初值条件下进行初始对准和参数估计。最后进行车载对准试验,结果表明,新算法可以在300 s内完成实现大失准角初始对准,对准精度与传统分段对准算法相当。

壳体翻滚失准角模型最小二乘辨识方法

为了提高空间稳定惯性导航系统的姿态角测量精度,建立了壳体翻滚失准角模型,给出了从壳体翻滚失准角幅值和初始相位到当地水平坐标系下的姿态转换矩阵的传递规律。利用静态下平台运动学方程中壳体翻滚失准角与框架角的定量关系,进行了壳体翻滚失准角模型最小二乘辨识方法仿真,结果表明模型系数估计精度是足够的。针对实验系统,经过模型补偿,姿态角计算误差峰峰值小于0.5′。

基于大失准角时变参数罗经初始对准算法

为了解决大失准角条件下的捷联惯导初始自对准问题,通过分析捷联惯导系统大失准角误差模型,利用平台惯导系统罗经对准原理,提出了一种新的捷联惯导系统罗经对准方案。该方案的具体实现划分为三个阶段:方位角未知情况下的水平对准;大失准角时变参数罗经方位对准;定参数罗经对准。该方案通过实时调节罗经参数缩短了对准时间;利用大方位失准角模型代替小失准角模型,在算法收敛阶段更加准确地描述了捷联惯导系统的误差传递方式。仿真试验表明,使用陀螺随机漂移稳定性为0.01(°)/h的捷联惯导系统,该对准方案能在60 s内方位精度到达1°,并能在对准结束时达到3'的方位对准精度。

基于自适应无迹粒子滤波的SINS大方位失准角初始对准

针对捷联惯导系统大方位失准的情况进行分析,提出了采用了自适应UPF滤波进行初始对准的方法。该滤波器基于强跟踪滤波器的思想,通过引入衰减记忆因子有效增强当前信息残差对系统的修正作用,在一定程度上降低了由于系统简化、噪声统计特性不确定对系统造成的影响,同时较好地克服了UPF中粒子退化的现象。当系统噪声统计特性确定时,自适应UPF水平对准时间比UPF对准时间大约少200 s,方位对准时间大约少150 s,对准结束后,自适应UPF对准的纵摇、横摇以及航向误差均值分别为?0.018?、0.0074?、?0.8609?,UPF对准对应的值分别为0.0209?、0.0189?、1.0983?。当系统噪声统计特性不确定时,自适应UPF水平对准时间比UPF对准时间大约少400 s,方位对准时间大约少450 s,对准结束后,自适应UPF对准的纵摇、横摇以及航向误差均值分别为0.0105?、0.0122?、?0.7304?,UPF对准对应的值分别为0.0454?、0.0278?、2.8174?。仿真结果表明:在系统噪声统计特性确定或不确定的情况下,自适应UPF能在一定程度上提高大方位失准捷联惯导系统的初始对准速度和对准精度。

捷联惯导系统大方位失准角下的非线性对准

采用欧拉角描述平台坐标系与导航坐标系间的失准角,推导了适用于捷联惯导系统的非线性误差方程,证明了该方法仅适用于方位误差角为大角度,而水平误差角为小量的情况。数学仿真表明:在方位误差角为大角度情况下,采用所推导的误差方程和非线性滤波技术能获得更高的估计精度。

发射惯性坐标系下误差角与数学平台失准角的推导与仿真

基于状态空间法的捷联惯性/天文组合导航系统(SINS/CNS)需要数学平台失准角作为观测值参与滤波估计,工程实际只能得到SINS、CNS二者的姿态误差角。以弹道导弹为背景,在发射惯性坐标系下分别推导了四元数和欧拉角形式的姿态误差角与数学平台失准角之间的相互转换矩阵。建立了弹道导弹SINS/CNS数学模型,并采用EKF和UKF算法验证了该转换矩阵。仿真结果表明误差转换矩阵的正确性。

Unscented卡尔曼滤波在SINS静基座大方位失准角初始对准中的应用研究

静基座大方位失准角的捷联惯导系统误差方程是非线性的,如何对静基座大方位失准角的捷联惯导系统进行初始对准是需要解决的问题。本文提出了基于Unscented转换的Unsented卡尔曼滤波进行捷联惯导系统对准的方法。分别通过扩展卡尔曼滤波和Unsented卡尔曼滤波进行仿真计算,结果验证了Unscented卡尔曼滤波的有效性与优越性。