基于KPCA和数据处理组合方法神经网络的半球谐振陀螺温度建模补偿方法

针对半球谐振陀螺(HRG)的温度建模与补偿问题,提出基于核主成分分析(KPCA)和数据处理组合方法(GMDH)神经网络的建模补偿方法.通过分析HRG的温度特性和大数据特征,初步确定网络模型的特征向量.为了去除HRG输出数据的相关性和冗余性,引入KPCA并降低特征向量维度.将特征向量代入GMDH神经网络训练,区分训练集和验证集以确定网络权值和网络结构,实现HRG温度漂移的建模与补偿.实验结果表明,单一样本预测时,所提方法预测效果明显好于传统多项式模型;多样本预测时,在4种不同训练样本下,所提方法相比传统多项式模型精度分别提升了48.5%、54.0%、56.3%、68.4%,相比GMDH模型分别提升了3.6%、5.1%、3.8%、8.8%.所提方法能够有效提高HRG在变温工况下的测量精度.

提升小波变换在HRG动态信号处理中的应用

为减少动态环境下半球谐振陀螺输出信号噪声,提高惯导系统精度,提出了一种基于提升小波变换(LWT)的滤波算法。将信号经小波变换提升算法进行尺度分解后,对低频小波系数进行前向线性预测(FLP)滤波,进一步去除低频干扰,提取有用信号,高频小波系数直接置零或按照一定阈值规则处理,显著提高了重构信号的精度,去除了陀螺噪声。详细对比了新算法、卡尔曼滤波算法和FLP滤波算法,并分析了三者的去噪效果。仿真结果和实际试验数据表明:新算法能有效抑制动态环境下半球谐振陀螺输出噪声,标准差为卡尔曼滤波算法的一半,运算时间缩短了30%;该滤波算法不但速度快,精度高,而且计算量小,抗干扰性好,滤波后可以有效跟踪有用信号。

改进小波阈值函数的HRG振动信号去噪研究

为了有效解决振动对半球谐振陀螺仪(HRG)导航精度的影响,采用小波阈值去噪算法对HRG振动信号进行了去噪研究,并针对经典的硬阈值函数和软阈值函数的不足进行了改进,改进得到了一种参数可调的阈值函数,弥补了硬阈值函数和软阈值函数在去噪中的不足。通过仿真数据以及HRG实测振动数据验证,证明了改进阈值函数的有效性和优越性。

基于Kalman滤波解调的半球谐振陀螺全角控制方案及仿真

针对半球谐振陀螺全角模式控制中的信号处理与控制环节复杂、高精度数字解算对全角控制效果和陀螺精度有直接影响的问题,对半球谐振陀螺全角控制方法进行研究.以非理想半球谐振子为控制对象,给出一种半球谐振陀螺的全角控制方案.针对振型信号的高精度解算问题,提出一种基于Kalman滤波的数字解调方法.仿真结果表明,基于Kalman滤波解调的全角控制系统能实现快速解调和稳定控制.

基于CEEMD半球谐振陀螺输出预测方法

为解决半球谐振陀螺(hemispherical resonator gyro,HRG)实时输出预测问题,提高陀螺输出预测精度,提出了一种基于互补集合经验模态分解的时间序列反向传播(back propagation,BP)神经网络输出预测方法。该方法通过对陀螺输出数据使用互补集合经验模态分解,对分解得到的信号分量进行平稳性检验,根据检验结果选择时间序列分析和BP神经网络建模预测,将预测信号重构得到最终预测信号。所提方法克服了HRG输出非线性和非平稳性较强的特点与传统时间序列分析建模要求的矛盾。进行了该方法与单独使用时间序列分析、BP神经网络建模预测方法的对比,所提方法的预测精度提高了1~2个数量级,验证了该方法的有效性和精度。

半球谐振陀螺温度特性及补偿分析

半球谐振陀螺仪(HRG)是一种高精度、高可靠、长寿命的新型固体振动陀螺仪。温度变化会影响半球谐振陀螺的漂移、零偏等性能指标。为减小这种影响,该文通过研究分析半球谐振陀螺的温度特性,设计了温度补偿电路。采用温度补偿电路后,半球陀螺漂移精度从0.05(°)/h提高到0.03(°)/h。

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。

基于AR多变量模型的半球谐振陀螺温度漂移建模

在半球谐振陀螺工作过程中,环境温度的变化是不可避免的。温度的变化影响陀螺的结构和谐振频率,导致陀螺产生温度漂移,为了提高半球谐振陀螺的精度,根据温度漂移和温度变化的相关性,本文利用时间序列中的AR多变量模型对温度漂移数据进行分析,建立了漂移和温度的两个变量的随机数学模型,为温度补偿打下了基础。

先进微陀螺器件及微惯性测量单元最新研究进展

微纳加工技术与振动惯性技术的结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,拓展了惯性技术在军用和民用领域的应用。高性能微惯性器件对军事装备和国民经济的发展起着越来越大的作用。该文基于美国国防高级研究计划局(DARPA)近年来在微惯性传感器技术领域的资助项目,综合研究了微机电系统(MEMS)谐振陀螺、微光学陀螺(MOG)、声表面波(SAW)陀螺等微惯性传感器技术及微惯性测量单元的最新发展现状,并对其发展面临的技术挑战进行了详细地分析与评述。

半球谐振陀螺平台调平系统设计及仿真

针对半球谐振陀螺平台调平时容易受到各种随机干扰的影响以及为了提高调平的抗干扰能力,基于动态规划方法设计了平台调平系统的随机最优控制算法,使平台调平系统具有极强的抗干扰能力。针对实现中存在的计算量过大问题,采用变量替换法将平台调平系统状态方程转换为完全信息情形,减小了计算量,简化了设计。为了提高调平精度,通过在平台调平控制信号中增加加速度计零位偏置修正量的方式提高了调平精度。初步仿真结果验证了上述方法的有效性。

力平衡模式下半球谐振陀螺数字控制回路设计

由于半球谐振陀螺(HRG)特殊的工作原理、制作工艺及装配误差对陀螺精度和性能的影响,需控制电路对其进行修正和补偿,现有半球谐振陀螺控制电路对陀螺的精度提高有限,仅达0.07(°)/h。该文主要阐述了半球谐振陀螺在力平衡模式下的工作原理,对半球谐振陀螺的误差进行了分析,介绍了比例、积分、微分(PID)控制算法,并对所设计的数字控制回路进行分析。试验结果表明,采用该数字控制回路设计方案能有效改善半球谐振陀螺性能,与已有控制电路比,陀螺精度可达0.005(°)/h,更好地满足了其应用于航空领域的精度要求。

半球谐振陀螺一种测角速率的方法

本文介绍了基于英国科学家G.H.Bryan的理论而工作的新型半球谐振陀螺仪(HRG)的工作原理。描述了半球谐振陀螺的测角过程。当陀螺壳体绕中心轴旋转时,由于哥氏效应(coriolis effect),谐振子振型相对壳体产生进动,通过控制双点激励力的幅值比,可实现振型对壳体转动角的跟踪,从而形成一种半球谐振陀螺检测角速率的方法。

力反馈模式半球谐振陀螺仪的正交控制

介绍了半球谐振陀螺仪在力反馈工作模式下的普通控制与正交控制的概念,推导了半球谐振子唇沿振动和波腹方位角表达式,建立了谐振子存在密度不均匀缺陷时谐振子的动力学方程,由此得到了谐振子振动位移的状态方程,进而通过解微分方程求出了状态方程的精确解析解。然后给出了普通控制方法和正交控制方法的主激励电压与辅助激励电压比值的表达式,由此可精确估计陀螺的输入角速率。对这两种控制方法的解算角速率误差进行了比较与仿真分析,分析表明正交控制方法可有效抑制半球谐振子工艺缺陷带来的误差。最后给出了两种工作模式下为保证半球谐振陀螺角速率估计精度所要求的密度四次谐波的允差。

半球谐振子疲劳寿命分析与仿真

半球谐振子的寿命和损伤是直接影响高精度半球谐振陀螺使用时长和安全性的重要因素。目前,国内加工的半球谐振子所用的熔融石英玻璃材料主要依靠进口,采用传统的疲劳寿命实验确定方法成本过于高昂,因此需要利用疲劳分析软件对半球谐振子的疲劳寿命进行分析。文章通过半球谐振陀螺应力分析,采用ANSYS软件对熔融石英半球谐振子进行应力分析仿真,确定因残余应力所引发的疲劳危险部位,并在疲劳部位进行裂纹扩展分析,得到Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型应力强度因子,以在半球谐振子结构设计和使用过程中对易疲劳部位进行有效监控和预防。

基于半球谐振陀螺电极刻蚀的三维平衡调整方法

曲面电极刻蚀技术是半球谐振陀螺的关键技术之一。为满足半球谐振陀螺高精度和高性能的要求,针对激励罩和读出基座的电极刻蚀工艺,该文提出了一种新的调整方法——三维平衡调整法。通过X、Y、Z方向的位移传感器检测器件与参考平台的间距,根据间隙差距的大小进行相应的调整。试验验证表明,该方法能有效减小半球谐振陀螺电极刻蚀的误差,满足器件的各项性能参数。该方法原理简单,具有定位精度高,工艺易实现的优点,对半球谐振陀螺电极刻蚀工艺具有较好的工程应用价值。

半球谐振陀螺平台航向效应误差研究

针对半球谐振陀螺平台惯导系统初始对准过程中存在的航向效应的问题,研究探讨了航向效应误差对半球谐振陀螺平台惯导系统初始对准精度的影响。为了消除航向效应误差的影响,结合导弹实际应用要求,设计了航向效应的自标定方案。实验结果表明,半球谐振陀螺平台惯导系统航向效应标定方法能够有效补偿航向效应误差,提高半球谐振陀螺平台惯导系统的初始对准精度。

改进人工蜂群算法在谐振子参数优化中的应用

半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠性、长寿命的新型固态陀螺仪。谐振子作为核心零件其性能决定着陀螺整体的性能。目前国内大多采用直径30 mm规格,其余结构参数均有所不同。寻找最优谐振子结构方案成为半球谐振陀螺研究的重点方向。首先通过关键参数提取,建立优化问题数学模型;然后介绍了改进人工蜂群算法;最后将改进人工蜂群算法应用到谐振子参数优化问题中,通过对比仿真目前工程应用方案与优化设计结果表明,谐振子性能有所提升。

通过脉宽调制对半球谐振陀螺组合进行精确温控的方法

半球谐振陀螺仪受到温度影响产生漂移。针对半球谐振陀螺组合设计了一套基于脉宽调制的温控系统。通过对陀螺组合温控方式的选取、均匀对称性结构设计、热模型建模,利用FPGA对陀螺仪进行温控系统设计。实验表明,温控系统精度为±0.1℃,满足陀螺性能要求。

半球谐振陀螺零偏数据建模方法的研究

讨论了数据建模的一般方法,并应用这种方法,在国内首次对自行研制的半球谐振陀螺零偏稳定性数据建立了模型,为进一步的陀螺漂移补偿奠定了基础。