微机械陀螺误差补偿研究

发布时间：2017-05-24 07:05

  本文关键词：微机械陀螺误差补偿研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微机械陀螺与传统的机械陀螺相比有成本低、体积小、适合大批量生产等优点。因此它在导航、汽车电子、游戏产品等领域得到了广泛的应用。然而,目前微机械技术仍然存在很多限制,包括大的工艺偏差、用于制造微机械结构的材料对温度和冲击敏感等。微机械制造工艺的大偏差会造成陀螺的驱动轴和检测轴不完全正交,由此导致陀螺的输出产生严重的误差,称为正交误差。同时,微机械材料的物理特性与温度相关,从而使得微机械陀螺的输出会随着温度的变化而变化,导致其温度性能很差。另外,由于微机械结构对冲击敏感,外界大的冲击干扰会使微机械陀螺的输出出现很大的冲击信号,称为线性加速度误差。然而,目前的微机械陀螺产品没有考虑这些误差的影响,从而导致其精度还无法满足市场运用的高性能要求。因此,本文针对这三个问题分别提出了解决方法。首先,本文提出了改进的PID控制器来补偿微机械陀螺的正交误差。在闭环补偿回路中加入了判断处理器来根据正交误差值选择当前时刻最合适的补偿算法。同时,改进了PID控制器中的积分器防止积分超调。其次,针对微机械陀螺的温度特性,提出利用最小二乘法来分段拟合微机械陀螺的零偏输出。最后,针对微机械陀螺的线性加速度误差,提出了一种改进的抗野值自适应卡尔曼滤波算法来剔除线性加速度导致的陀螺输出野值数据。考虑野值存在情况下对算法新息的影响,提出了改进的噪声估计方程来实时更新最优估计。本文在MATLAB中完成了上述三个算法的仿真验证工作。首先,建立了微机械陀螺的系统模型,在提出的自适应PID补偿的作用下,微机械陀螺的正交误差由同步解调补偿的-0.350V减小到-0.005V。经过温度补偿后,得到微机械陀螺温度拟合误差方差由1.827e-006减小到2.7545e-009。最后进行了线性加速度误差补偿算法仿真验证,结果说明该算法可以有效的剔除加速度干扰引入陀螺输出中的野值,微机械陀螺系统经过抗野值自适应卡尔曼滤波补偿后,误差残差由0.0380减小到0.0014。
【关键词】：微机械陀螺仪 误差补偿 正交误差 温度误差 线性加速度误差
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN966
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 微机械陀螺应用背景10-11
• 1.2 课题研究意义11-12
• 1.3 微机械陀螺误差研究现状12-16
• 1.4 论文主要工作和结构安排16-17
• 第二章 微机械陀螺工作原理与误差特性分析17-31
• 2.1 电容式振动微机械陀螺工作原理17-20
• 2.1.1 科里奥利力17-18
• 2.1.2 电容检测原理18
• 2.1.3 振动式微机械陀螺力学分析18-20
• 2.2 微机械陀螺系统建模20-23
• 2.3 微机械陀螺正交误差特性23-26
• 2.3.1 正交误差产生原因23-25
• 2.3.2 仿真分析25-26
• 2.4 微机械陀螺温度特性26-29
• 2.5 微机械陀螺线性加速度误差特性29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 微机械陀螺误差补偿理论基础31-44
• 3.1 正交误差补偿理论基础31-35
• 3.1.1 同步解调31-32
• 3.1.2 基于PID控制器的闭环回路补偿32-34
• 3.1.3 PID的参数整定34-35
• 3.2 基于最小二乘法的温度补偿理论基础35-37
• 3.3 线性加速度误差补偿理论基础37-42
• 3.3.1 卡尔曼滤波算法37-40
• 3.3.2 基于 3σ 准则的抗野值算法40-41
• 3.3.3 基于 3σ 准则的抗野值卡尔曼滤波算法仿真41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 微机械陀螺误差补偿算法研究44-56
• 4.1 基于改进的PID控制的正交误差补偿算法44-48
• 4.1.1 闭环补偿回路44-45
• 4.1.2 相位校正与解调算法45-47
• 4.1.3 改进的PID控制算法47-48
• 4.2 基于分段拟合的温度补偿48-51
• 4.2.1 数据预处理48-50
• 4.2.2 温度误差的分段拟合补偿50-51
• 4.3 线性加速度误差补偿算法51-54
• 4.3.1 陀螺系统建模51-52
• 4.3.2 改进的自适应卡尔曼滤波算法52-53
• 4.3.3 抗野值处理53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 微机械陀螺误差补偿算法仿真验证56-74
• 5.1 正交误差补偿算法仿真结果与分析56-64
• 5.1.1 仿真结果57-63
• 5.1.2 实验数据与结果分析63-64
• 5.2 温度补偿仿真结果与分析64-68
• 5.2.1 全段拟合仿真结果64-65
• 5.2.2 分段拟合仿真结果65-67
• 5.2.3 实验数据与结果分析67-68
• 5.3 线性加速度误差补偿算法仿真结果与分析68-72
• 5.3.1 仿真结果68-72
• 5.3.2 实验数据与结果分析72
• 5.4 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 工作总结74
• 6.2 工作展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吕志清;哥氏振动陀螺[J];压电与声光;2004年02期

2 陈维娜;曾庆化;李荣冰;刘建业;;微机械陀螺温度混合线性回归补偿方法[J];中国惯性技术学报;2012年01期

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本文编号：390037