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Novel On-Line North-Seeking Method Based on a Three-Axis MEMS Gyroscope 被引量:1
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作者 Yu Liu Gaojun Xiang +1 位作者 Junqi Guo Min Zhou and Hongzhi Liu 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2018年第4期623-629,共7页
A novel on-line north-seeking method based on a three-axis micro-electro-mechanical system(MEMS)gyroscope is designed.This system processes data by using a Kalman filter to calibrate the installation error of the thre... A novel on-line north-seeking method based on a three-axis micro-electro-mechanical system(MEMS)gyroscope is designed.This system processes data by using a Kalman filter to calibrate the installation error of the three-axis MEMS gyroscope in complex environment.The attitude angle updating for quaternion,based on which the attitude instrument will be rotated in real-time and the true north will be found.Our experimental platform constitutes the dual-axis electric rotary table and the attitude instrument,which is developed independently by our scientific research team.The experimental results show that the accuracy of north-seeking is higher than 1°,while the maximum root mean square error and the maximum mean absolute error are 0.906 7 and 0.910 0,respectively.The accuracy of north-seeking is much higher than the traditional method. 展开更多
关键词 micro-electro-mechanical system(mems)gyroscope QUATERNION rotating system in realtime NORTH-SEEKING
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具有扇区输入非线性的三轴MEMS陀螺仪鲁棒自适应控制 被引量:2
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作者 王伟 赵清 +1 位作者 王犇 隋俊杰 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第12期2504-2509,共6页
微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)陀螺仪在制造和应用过程中会受到系统参数不确定、外界干扰和力电换能器非线性效应的影响,降低MEMS陀螺仪的检测精度。提出一种基于增益自适应的滑模控制策略对MEMS陀螺仪3个轴向轨迹进... 微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)陀螺仪在制造和应用过程中会受到系统参数不确定、外界干扰和力电换能器非线性效应的影响,降低MEMS陀螺仪的检测精度。提出一种基于增益自适应的滑模控制策略对MEMS陀螺仪3个轴向轨迹进行控制,采用一种基于时变死区技术的积分自适应律估计参数不确定和干扰的上界以避免估计发散,选择合适的控制律消除非线性扇区输入的影响,实现陀螺3个轴向的轨迹跟踪指定的参考运动,从而提高检测精度。最后利用Lyapunov直接法证明了闭环误差系统的渐近稳定性和所有信号的有界性。仿真结果表明了该策略的有效性。 展开更多
关键词 微机电系统陀螺仪 滑模控制 扇区输入非线性 轨迹跟踪
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基于三阶干扰观测器的三轴MEMS陀螺稳定控制 被引量:1
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作者 何用辉 黄宴委 +1 位作者 陈兴武 卓书芳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期259-265,共7页
微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪是一种新兴的惯性传感器,然而在加工制造和现场应用过程中,MEMS陀螺不可避免地会受到外界干扰的影响,降低角速率检测精度。针对无法等效到输入通道且频率成分复杂的不匹配干扰,提... 微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪是一种新兴的惯性传感器,然而在加工制造和现场应用过程中,MEMS陀螺不可避免地会受到外界干扰的影响,降低角速率检测精度。针对无法等效到输入通道且频率成分复杂的不匹配干扰,提出一种基于三阶干扰观测器的全局滑模控制方法。利用三阶干扰观测器估计频率成分复杂的不匹配干扰,在此基础上提出一种新的非线性滑模面实现滑动模态的全局鲁棒性,滑模面的可达性由指数趋近律保证。仿真结果表明了该基于干扰观测器的全局滑模控制器能够有效抑制不匹配成分,干扰估计误差由0.58降至0.18,且陀螺三轴位置响应呈现更小的超调。 展开更多
关键词 mems陀螺仪 三阶干扰观测器 全局滑模控制器 不匹配干扰
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一种用于MEMS-IMU的单轴旋转调制方法 被引量:2
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作者 盛蔚 巩青 《计算机仿真》 北大核心 2018年第3期50-54,70,共6页
旋转调制是一种提高惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)性能的有效方法。但是微机电惯性测量单元(Micro Electro Mechanical System Inertial Measurement Unit,MEMS-IMU)由于器件精度低、零偏较大,采用旋转调制技术的误差补... 旋转调制是一种提高惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)性能的有效方法。但是微机电惯性测量单元(Micro Electro Mechanical System Inertial Measurement Unit,MEMS-IMU)由于器件精度低、零偏较大,采用旋转调制技术的误差补偿效果并不理想。另一方面,想要实现对陀螺仪三轴误差的补偿,必须采用双轴调制方案,但这样会使系统结构变得复杂,体积增大,降低系统的可靠性和实用性。针对上述问题,提出了一种正反旋转,非正交安装的单轴调制方案,能实现对陀螺仪三轴误差的有效补偿。为了保证在低精度的MEMS-IMU上运用调制方案的实用性,进一步分析了MEMS-IMU中零偏不稳定和零偏周期项误差对系统的影响,对调制方案进行了优化。经过实验验证,上述方案结构简单可靠,能有效减小载体的姿态误差,提高MEMS-IMU独立进行惯导解算的能力。 展开更多
关键词 微机电惯性测量单元 单轴旋转调制 三轴陀螺补偿 周期项误差 零偏不稳定误差
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基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法 被引量:9
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作者 邹泽兰 徐同旭 +1 位作者 徐祥 赵鹤鸣 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期191-198,共8页
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... 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°。 展开更多
关键词 mems三轴陀螺仪 六位置法 系统级标定 误差模型
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Suppressing the mechanical quadrature error of a quartz double-H gyroscope through laser trimming 被引量:2
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作者 赵克 冯立辉 +4 位作者 王茜蒨 刘明智 王本国 崔芳 孙雨南 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第11期622-628,共7页
In this paper, we introduce a z-axis quartz gyroscope using a double-H tuning fork, which has a high sensitivity. However, it also causes a large mechanical quadrature error. The laser trimming method is used to suppr... In this paper, we introduce a z-axis quartz gyroscope using a double-H tuning fork, which has a high sensitivity. However, it also causes a large mechanical quadrature error. The laser trimming method is used to suppress this error at quartz level. The trimming law is obtained through the finite element method (FEM). A femtosecond laser processing system is used to trim the gold balancing masses on the beams, and experimental results are basically consistent with the simulated ones. The mechanical quadrature error is suppressed by 96%, from 26.3° s-1 to 1.1° s-1. Nonlinearity changes from 1.48% to 0.30%, angular random walk (ARW) is reduced from 2.19° h-1/2 to 1.42° h-1/2, and bias instability is improved by a factor of 7.7, from 197.6° h-1 to 25.4° h-1. 展开更多
关键词 femtosecond laser trimming micro-electro-mechanical system (mems gyroscope finite elementmethod (FEM) simulation
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The effect of parasitic charge on the output stability of MEMS gyroscopes
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作者 Nan Liu Yan Su +4 位作者 Xin Tong Guowei Han Chaowei Si Zhaofeng Li Jin Ning 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2018年第8期47-52,共6页
Output voltage drifting was observed in MEMS gyroscopes. Other than the quadrature error, frequency mismatch and quality factor, the dielectric parasitic charge was thought to be a major determinant. We studied the me... Output voltage drifting was observed in MEMS gyroscopes. Other than the quadrature error, frequency mismatch and quality factor, the dielectric parasitic charge was thought to be a major determinant. We studied the mechanism and variation of the parasitic charge in the MEMS gyroscopes, and analyzed the effect of the parasitic charge on the output stability. This phenomenon was extremely obvious in the Pyrex encapsulated MEMS gyroscopes. Due to the DC voltage required for the electrostatic actuation, the parasitic charge in the dielectric layer would accumulate and induce a residual voltage. This voltage had an impact on the resonant frequency of the gyroscopes, so as to affect the output stability. The theoretical studies were also confirmed by our experimental results. It was shown that the parasitic charge was harmful to the output stability of MEMS gyroscopes. 展开更多
关键词 dielectric parasitic charge micro-electro-mechanical system(mems) gyroscopes frequency drift DC voltage
原文传递
基于加速度计的陀螺三轴角速率提取算法研究 被引量:1
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作者 苏虎平 沈三民 +3 位作者 安震 刘文怡 刘龙飞 任伟 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第7期41-44,共4页
旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺的输出信号是横滚、偏航、俯仰3个角速度耦合在一起的特殊信号,如何解出弹体的3个角速度是研究的重点和难点。为解决这一问题,从旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺结构原理出发,分析了其输出信号。针对信号的特殊性... 旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺的输出信号是横滚、偏航、俯仰3个角速度耦合在一起的特殊信号,如何解出弹体的3个角速度是研究的重点和难点。为解决这一问题,从旋转弹载免驱动三轴MEMS陀螺结构原理出发,分析了其输出信号。针对信号的特殊性,提出通过用重力加速度计的输出信号和陀螺的输出信号进行对比的方法来实现陀螺的三轴角速度的提取,并用M atlab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三轴角速度信号。 展开更多
关键词 加速度计 三轴单芯片 微机电系统 陀螺
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未知不对称死区补偿方法在三轴微机电陀螺控制中的应用
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作者 卓书芳 黄宴委 +1 位作者 何用辉 郭世南 《山东理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2020年第5期57-63,共7页
微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪由于微机械加工误差、微米量级的尺度效应和驱动原理上的非线性等因素,驱动梳齿不可避免地受到死区效应影响。针对上述问题,提出基于自适应权值神经网络和比例微分滑模的复合控制... 微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪由于微机械加工误差、微米量级的尺度效应和驱动原理上的非线性等因素,驱动梳齿不可避免地受到死区效应影响。针对上述问题,提出基于自适应权值神经网络和比例微分滑模的复合控制方法,分别采用两个RBF神经网络逼近死区的逆和经过驱动梳齿后的实际控制力,以弱耦合的权值自适应律降低控制复杂度,利用滑模控制器的鲁棒性消除两者总的逼近误差,实现微机电陀螺三轴的严格轨迹跟踪。最后采用Lyapunov直接法证明了全局滑模面的可达性和弱耦合自适应律的收敛性。仿真结果表明了该复合控制器的有效性。 展开更多
关键词 mems陀螺仪 死区 RBF神经网络 自适应滑模控制器
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基于观测器的微机电系统陀螺不匹配干扰补偿 被引量:3
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作者 何用辉 陈兴武 +1 位作者 黄锡泉 卓书芳 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2017年第6期720-725,731,共6页
微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)陀螺仪是一种新兴的惯性传感器,然而在加工制造和现场应用过程中,MEMS陀螺不可避免地会受到外界干扰的影响,降低角速率检测精度.针对干扰中的常值不匹配成分,提出一种基于非线性干扰观... 微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)陀螺仪是一种新兴的惯性传感器,然而在加工制造和现场应用过程中,MEMS陀螺不可避免地会受到外界干扰的影响,降低角速率检测精度.针对干扰中的常值不匹配成分,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模控制方法,利用非线性干扰观测器实现常值不匹配干扰的实时估计,同时在控制律中增加一个补偿因子提高控制精度.最后利用李亚普诺夫法证明了滑模面的可达性和观测器的收敛性.仿真结果表明了该滑模控制器有效性. 展开更多
关键词 mems陀螺仪 非线性干扰观测器 滑模控制器 不匹配干扰
原文传递
硅微三轴轮环式陀螺结构设计与仿真分析
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作者 蔡麒 赵勇 +3 位作者 刘立 曹慧亮 石云波 赵锐 《导航与控制》 2021年第1期103-108,共6页
微机械陀螺是姿态控制平台和惯性导航系统的重要应用之一,但是目前国内的陀螺研发集成化程度不高,主要的研究集中在单一检测轴(特别是Z轴检测)微陀螺的设计上。为了实现可用于智能弹药领域的单片集成三轴陀螺,设计了一种轮环式陀螺结构,... 微机械陀螺是姿态控制平台和惯性导航系统的重要应用之一,但是目前国内的陀螺研发集成化程度不高,主要的研究集中在单一检测轴(特别是Z轴检测)微陀螺的设计上。为了实现可用于智能弹药领域的单片集成三轴陀螺,设计了一种轮环式陀螺结构,在ANSYS有限元分析软件中建立了该陀螺结构的有限元模型,并分别进行了模态分析、谐响应分析以及瞬态冲击响应分析。根据驱动模态和检测模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸,仿真结果显示工作模态的频率匹配性较好。分析了此结构在半正弦周期加速度冲击载荷作用下的冲击响应,谐振结构在5000g@5ms的瞬态冲击作用下最大应力为190.38MPa,证明该结构具有不错的抗冲击特性。 展开更多
关键词 三轴陀螺 微机电系统 仿真 有限元分析
原文传递
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