高精度运动加速度测量系统研究

发布时间：2017-05-12 10:05

  本文关键词：高精度运动加速度测量系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：操纵性能是水下潜器最为重要的性能之一,在执行任务的过程中,有时需要实现水下潜器在无航速下的深度控制,称为水下潜器的水下悬停操纵。这是通过专业水舱排、注水来实现的。良好的水下悬停操纵可以降低水下潜器自身噪声,提高隐蔽性,减少水下耗电量,增强机动能力,因而具有非常重要的意义。测量水下潜器悬停操纵时的微小运动加速度,可以为水下潜器悬停控制提供重要信息,从而可以更有效更精确地实现水下潜器悬停操纵的自动控制。然而我国利用加速度测量来实现水下潜器悬停操纵的研究还处于起步阶段,因而有大量的研究工作需要完成。 目前我国现有的加速度测量设备尚不能满足水下潜器悬停控制的高精度加速度测量要求。针对此应用要求本文研究了基于石英挠性加速度计的大量程高精度运动加速度测量系统,主要研究成果包括： 1.针对石英挠性加速度计误差产生的原因提出了相应的精度提升方案。设计了加速度计磁屏蔽结构和精密两级温控结构来提升其测量精度。 2.针对加速度计输出的微弱电流信号测量要求,研究了高精度电流测量电路的设计方案。高精度电流测量电路模拟部分基于AD转换实现模拟信号到数字信号的转换,采用多种噪声抑制技术和双通道融合有效地提高了测量电路的信噪比。同时为有效抑制器件温度漂移产生的误差,为测量电路模拟通道专门设计了恒温结构。 3.针对水下潜器悬停控制的高精度加速度测量要求,研究了运动加速度解算算法,实现了重力加速度与运动加速度的分离,并提出了利用三轴加速度计信息修正陀螺长期漂移误差的方法。 最后,对高精度运动加速度测量系统进行了针对性的实验,实验结果表明了该运动加速度测量系统的各项指标均到达了预期的效果。
【关键词】：加速度测量 电流测量 噪声分析 精密温控
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941;U666.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 插图目录11-13
• 表格目录13-14
• 1 绪论14-24
• 1.1 课题背景14
• 1.2 加速度计的国内外研究现状14-17
• 1.2.1 加速度计的对比14-15
• 1.2.2 石英挠性加速度计国内外研究现状15-17
• 1.3 加速度测量技术的国内外研究现状17-20
• 1.3.1 惯导系统加速度测量研究现状17-18
• 1.3.2 重力仪加速度测量研究现状18-20
• 1.4 论文的研究内容与研究意义20-24
• 1.4.1 论文的研究内容20-21
• 1.4.2 论文的研究意义21-24
• 2 运动加速度测量系统总体设计与误差分析24-28
• 2.1 运动加速度测量系统的设计目标和总体构架24-26
• 2.1.1 运动加速度测量系统设计目标24
• 2.1.2 运动加速度测量系统设计难点分析24-25
• 2.1.3 运动加速度测量系统加速度计配置方案25
• 2.1.4 运动加速度测量系统总体构架25-26
• 2.2 运动加速度测量系统的误差分析26-27
• 2.2.1 石英挠性加速度计的误差分析26
• 2.2.2 运动加速度测量系统的误差分配26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 石英挠性加速度计精度提升方法研究28-38
• 3.1 石英挠性加速度计的工作原理分析28-29
• 3.2 石英挠性加速度计的电磁屏蔽方案研究29-31
• 3.2.1 加速度计磁屏蔽结构的要求分析29
• 3.2.2 加速度计磁屏蔽方案研究29-31
• 3.3 石英挠性加速度计的精密温控方案研究31-35
• 3.3.1 加速度计温控要求分析31-32
• 3.3.2 加速度计精密温控方案研究32-34
• 3.3.3 加速度计恒温控制算法设计34
• 3.3.4 加速度计恒温控制实验结果34-35
• 3.4 加速度计输出数学模型建立与误差补偿研究35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 4 高精度电流测量电路的研究38-58
• 4.1 电流测量电路的误差分析38-44
• 4.1.1 采样电阻误差分析38-39
• 4.1.2 运算放大器的误差分析39-41
• 4.1.3 AD转换器的误差分析41-43
• 4.1.4 基准电压的误差分析43
• 4.1.5 测量通道总误差估计43-44
• 4.2 高精度电流测量电路的硬件构架44-49
• 4.2.1 测量电路模拟部分技术设计45-47
• 4.2.2 测量电路模拟通道温控设计47-48
• 4.2.3 测量电路模拟通道温控实验结果48
• 4.2.4 测量电路数字部分技术设计48-49
• 4.3 高精度电流测量电路软件设计49-52
• 4.3.1 采样控制设计49-50
• 4.3.2 数字滤波器设计50-52
• 4.4 高精度电流测量电路的标定52-55
• 4.4.1 标定设备说明52-53
• 4.4.2 测量电路标定过程53-55
• 4.5 高精度电流测量电路精度测试结果55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 系统标定与运动加速度解算分析58-64
• 5.1 系统加速度计坐标系标定58-61
• 5.1.1 加速度计参数标定结构的模型分析58-59
• 5.1.2 标定结构的平面法向量分析59-61
• 5.2 三维运动加速度解算分析61-63
• 5.2.1 系统加速度计正交坐标系建立61
• 5.2.2 系统加速度计坐标系变换61-62
• 5.2.3 重力加速度分离62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 6 高精度运动加速度测量系统精度实验验证64-76
• 6.1 运动加速度测量系统样机介绍64
• 6.2 运动加速度测量系统精度实验64-67
• 6.2.1 运动加速度测量系统稳定性测试65-66
• 6.2.2 运动加速度测量系统重复性测试66-67
• 6.3 运动加速度测量系统阈值实验67-69
• 6.3.1 单摆测试平台说明67-68
• 6.3.2 运动加速度测量系统灵敏度测试68-69
• 6.4 强干扰背景下运动加速度测量系统动态测量能力实验69-74
• 6.4.1 动态测试平台说明69-71
• 6.4.2 运动加速度测量系统动态测试71-74
• 6.5 分离重力加速度的运动加速度输出实验74-75
• 6.6 本章小结75-76
• 7 总结与展望76-78
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-78
• 参考文献78-84
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果84

【参考文献】

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