陀螺加速度计在线振动台上的测试技术研究
发布时间：2022-01-20 05:48
摆式积分陀螺加速度计（以下简称陀螺加速度计）作为惯性导航系统核心器件之一,适用于大过载、高精度要求的洲际弹道导弹,其用来敏感和测量载体的视加速度,其精度和性能直接关系导弹命中精度。随着精度要求和“天地一致性”测试要求的不断提高,对陀螺加速度计在高g0实际工作环境下的误差机理研究和建模成为了亟需解决的问题。由于陀螺加速度计的非线性二次项误差本身很小,传统重力场由于输入激励不足,难以精确测量。低频线振动台能够为陀螺加速度计提供低频、大过载的输入激励,同时相比于离心机和火箭橇,其还具有便于开展试验、成本低的优点。本文从工程实际需求出发,研究了陀螺加速度计在低频线振动台上的非线性二次项系数分离标定测试方法和工程实现,并进行了试验验证。首先,对陀螺加速度计进行了原理分析,并通过建立坐标系推导了其运动学方程,进而分析了横向加速度、不等惯量以及地速等因素对陀螺加速度计输出造成的影响,最终建立了陀螺加速度计的误差模型,并给出了各误差项系数的物理意义。针对高g0试验设备选取,分析了离心机、火箭橇和低频线振动台三种大过载试验设备的加速度和频率的覆盖范围以及试验开...
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外陀螺加速度计发展
1.2.2 国内陀螺加速度计发展
1.2.3 国外陀螺加速度计测试设备和误差模型研究
1.2.4 国内陀螺加速度计测试设备和误差模型研究
1.3 本文主要研究内容
2 陀螺加速度计工作原理和误差模型分析
2.1 概述
2.2 陀螺加速度计工作原理
2.3 陀螺加速度计运动学分析
2.3.1 角速度及动量矩分析
2.3.2 外力矩分析
2.3.3 陀螺加速度计输出方程
2.4 陀螺加速度计误差分析
2.4.1 横向加速度引起的误差
2.4.2 不等惯量和惯量积引起的误差
2.4.3 三轴不垂直引起的误差
2.4.4 振摆效应引起的误差
2.4.5 不等刚度引起的误差
2.4.6 地速引起的误差
2.5 线振动台试验时的陀螺加速度计误差模型建立
2.6 本章小结
3 陀螺加速度计测试技术
3.1 概述
3.2 重力场试验
3.2.1 正倒置试验
3.2.2 六位置翻滚试验
3.2.3 输出轴试验
3.3 高g_0场试验
3.3.1 精密离心机试验
3.3.2 低频线振动台试验
3.4 本章小结
4 低频线振动台测试系统及其误差分析
4.1 陀螺加速度计的高g_0测试设备选择
4.2 低频线振动台测试系统
4.2.1 线振动台类型选择
4.2.2 低频线振动台工作原理
4.3 低频线振动台系统误差分析
4.3.1 波形畸变系统误差
4.3.2 横向加速度系统误差
4.3.3 寄生转动系统误差
4.4 低频线振动台系统误差对陀螺加速度计输出的影响
4.5 本章小结
5 陀螺加速度计在低频线振动台上的测试技术
5.1 陀螺加速度计放置方式
5.2 陀螺加速度计输入轴二次项系数k_(2x)标定试验
5.2.1 测试时间T_m选择低频线振动台振动周期的整数倍N_t
5.2.2 测试时间T_m选择陀螺加速度计进动圈数的整数倍N_p
5.3 陀螺加速度计交叉耦合二次项系数k_(2xy)标定试验
5.3.1 测试时间T_m选择低频线振动台振动周期的整数倍N_t
5.3.2 测试时间T_m选择陀螺加速度计进动圈数的整数倍N_p
5.4 测试方法误差分析
5.4.1 测试时间为振动台振动周期整数倍时引起的测量误差
5.4.2 测试时间为陀螺加速度计进动圈数整数倍时引起的测量误差
5.5 低频线振动台系统误差对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.1 波形畸变对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.2 横向加速度对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.3 寄生转动对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.4 安装误差对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.6 本章小结
6 陀螺加速度计在低频线振动台上的试验及数据处理
6.1 陀螺加速度计在低频线振动台上的试验系统搭建
6.1.1 低频线振动台及其指标测试
6.1.2 陀螺加速度计控制采集系统
6.1.3 负载及工装
6.2 试验结果及分析
6.2.1 波形畸变对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.2 横向加速度对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.3 寄生转动对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.4 台面安装误差对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.5 陀螺加速度计误差模型系数标定及其显著性分析
7 结论
7.1 论文的主要工作及结论
7.2 论文主要创新点
7.3 后续工作设想
参考文献
附录A 最小二乘法原理
附录B 多元线性回归分析
附录C 物理量符号及名称对应表
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种精密离心机误差分析与精度评定方法[J]. 王胜利,刘合朋,胡吉昌,钟正虎,张春京. 导航与控制. 2018(04)
[2]基于加速度计的轴系垂直度静动基座测量方法[J]. 柳慧泉,郭益德. 导航与控制. 2018(01)
[3]三浮陀螺伺服测试误差系数估计方法[J]. 王永彤,朱志刚,郭宗本,徐超. 导航与控制. 2017(01)
[4]旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法[J]. 钱学武,蔡体菁. 中国惯性技术学报. 2016(02)
[5]高精度加速度计阈值的重力二次细分测试方法[J]. 马仁冬,杨功流,张馗,郑炜桢. 导航与控制. 2015 (04)
[6]捷联惯性组合误差模型相关性分析方法[J]. 刘璠,魏宗康. 中国惯性技术学报. 2014(05)
[7]静基座捷联惯性组合加速度计高阶误差项显著性分析[J]. 刘璠,杨洋,魏宗康,赵龙. 导航与控制. 2014 (05)
[8]基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿[J]. 刘艳霞,方建军,杨清梅. 传感器与微系统. 2014(06)
[9]周边弹道导弹发展战略及威胁分析[J]. 刘洪引,李体方,南海阳,汪阳天. 飞航导弹. 2014(05)
[10]基于速度误差的系统级标定方法[J]. 徐庆九,孙时珍,戴洪德. 海军航空工程学院学报. 2014(01)
博士论文
[1]基于线振动的陀螺仪二次项误差测试方法[D]. 邹仲贤.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于离心机的惯性仪表测试方法研究与误差分析[D]. 王世明.哈尔滨工业大学 2014
[3]超低频标准振动台相关设计理论及运动控制技术的研究[D]. 王春宇.浙江大学 2013
[4]插值型移动最小二乘法及其无网格方法的误差估计[D]. 王聚丰.上海大学 2013
[5]低频线振动台的重复控制研究[D]. 赵富.哈尔滨工业大学 2010
[6]MEMS惯性器件参数辨识及系统误差补偿技术[D]. 何昆鹏.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]三浮陀螺加速度计温度模型的分析与研究[D]. 刘毕炎.中国航天科技集团公司第一研究院 2017
[2]线振动与过载测试的建模与仿真研究[D]. 程炳坤.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于MAPLESIM的高精度线振动台控制与试验技术研究[D]. 李丽永.哈尔滨工业大学 2015
[4]加速度计多参量数据采集系统设计与开发[D]. 赵光忠.哈尔滨工业大学 2013
[5]陀螺加速度计在精密离心机上的测试误差分析[D]. 吴闻鑫.哈尔滨工业大学 2011
[6]高精度加速度计标定与补偿技术研究[D]. 李永光.哈尔滨工业大学 2011
[7]平台系统精密离心机测试方法研究[D]. 张皓之.国防科学技术大学 2009
[8]线振动台测控问题的研究[D]. 崔胜刚.哈尔滨工业大学 2009
[9]精密离心机误差分析与补偿方法研究[D]. 陈岩.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3598282
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外陀螺加速度计发展
1.2.2 国内陀螺加速度计发展
1.2.3 国外陀螺加速度计测试设备和误差模型研究
1.2.4 国内陀螺加速度计测试设备和误差模型研究
1.3 本文主要研究内容
2 陀螺加速度计工作原理和误差模型分析
2.1 概述
2.2 陀螺加速度计工作原理
2.3 陀螺加速度计运动学分析
2.3.1 角速度及动量矩分析
2.3.2 外力矩分析
2.3.3 陀螺加速度计输出方程
2.4 陀螺加速度计误差分析
2.4.1 横向加速度引起的误差
2.4.2 不等惯量和惯量积引起的误差
2.4.3 三轴不垂直引起的误差
2.4.4 振摆效应引起的误差
2.4.5 不等刚度引起的误差
2.4.6 地速引起的误差
2.5 线振动台试验时的陀螺加速度计误差模型建立
2.6 本章小结
3 陀螺加速度计测试技术
3.1 概述
3.2 重力场试验
3.2.1 正倒置试验
3.2.2 六位置翻滚试验
3.2.3 输出轴试验
3.3 高g_0场试验
3.3.1 精密离心机试验
3.3.2 低频线振动台试验
3.4 本章小结
4 低频线振动台测试系统及其误差分析
4.1 陀螺加速度计的高g_0测试设备选择
4.2 低频线振动台测试系统
4.2.1 线振动台类型选择
4.2.2 低频线振动台工作原理
4.3 低频线振动台系统误差分析
4.3.1 波形畸变系统误差
4.3.2 横向加速度系统误差
4.3.3 寄生转动系统误差
4.4 低频线振动台系统误差对陀螺加速度计输出的影响
4.5 本章小结
5 陀螺加速度计在低频线振动台上的测试技术
5.1 陀螺加速度计放置方式
5.2 陀螺加速度计输入轴二次项系数k_(2x)标定试验
5.2.1 测试时间T_m选择低频线振动台振动周期的整数倍N_t
5.2.2 测试时间T_m选择陀螺加速度计进动圈数的整数倍N_p
5.3 陀螺加速度计交叉耦合二次项系数k_(2xy)标定试验
5.3.1 测试时间T_m选择低频线振动台振动周期的整数倍N_t
5.3.2 测试时间T_m选择陀螺加速度计进动圈数的整数倍N_p
5.4 测试方法误差分析
5.4.1 测试时间为振动台振动周期整数倍时引起的测量误差
5.4.2 测试时间为陀螺加速度计进动圈数整数倍时引起的测量误差
5.5 低频线振动台系统误差对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.1 波形畸变对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.2 横向加速度对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.3 寄生转动对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.5.4 安装误差对陀螺加速度计非线性二次项误差系数标定的影响
5.6 本章小结
6 陀螺加速度计在低频线振动台上的试验及数据处理
6.1 陀螺加速度计在低频线振动台上的试验系统搭建
6.1.1 低频线振动台及其指标测试
6.1.2 陀螺加速度计控制采集系统
6.1.3 负载及工装
6.2 试验结果及分析
6.2.1 波形畸变对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.2 横向加速度对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.3 寄生转动对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.4 台面安装误差对陀螺加速度计非线性二次项影响的定量分析
6.2.5 陀螺加速度计误差模型系数标定及其显著性分析
7 结论
7.1 论文的主要工作及结论
7.2 论文主要创新点
7.3 后续工作设想
参考文献
附录A 最小二乘法原理
附录B 多元线性回归分析
附录C 物理量符号及名称对应表
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种精密离心机误差分析与精度评定方法[J]. 王胜利,刘合朋,胡吉昌,钟正虎,张春京. 导航与控制. 2018(04)
[2]基于加速度计的轴系垂直度静动基座测量方法[J]. 柳慧泉,郭益德. 导航与控制. 2018(01)
[3]三浮陀螺伺服测试误差系数估计方法[J]. 王永彤,朱志刚,郭宗本,徐超. 导航与控制. 2017(01)
[4]旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法[J]. 钱学武,蔡体菁. 中国惯性技术学报. 2016(02)
[5]高精度加速度计阈值的重力二次细分测试方法[J]. 马仁冬,杨功流,张馗,郑炜桢. 导航与控制. 2015 (04)
[6]捷联惯性组合误差模型相关性分析方法[J]. 刘璠,魏宗康. 中国惯性技术学报. 2014(05)
[7]静基座捷联惯性组合加速度计高阶误差项显著性分析[J]. 刘璠,杨洋,魏宗康,赵龙. 导航与控制. 2014 (05)
[8]基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿[J]. 刘艳霞,方建军,杨清梅. 传感器与微系统. 2014(06)
[9]周边弹道导弹发展战略及威胁分析[J]. 刘洪引,李体方,南海阳,汪阳天. 飞航导弹. 2014(05)
[10]基于速度误差的系统级标定方法[J]. 徐庆九,孙时珍,戴洪德. 海军航空工程学院学报. 2014(01)
博士论文
[1]基于线振动的陀螺仪二次项误差测试方法[D]. 邹仲贤.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于离心机的惯性仪表测试方法研究与误差分析[D]. 王世明.哈尔滨工业大学 2014
[3]超低频标准振动台相关设计理论及运动控制技术的研究[D]. 王春宇.浙江大学 2013
[4]插值型移动最小二乘法及其无网格方法的误差估计[D]. 王聚丰.上海大学 2013
[5]低频线振动台的重复控制研究[D]. 赵富.哈尔滨工业大学 2010
[6]MEMS惯性器件参数辨识及系统误差补偿技术[D]. 何昆鹏.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]三浮陀螺加速度计温度模型的分析与研究[D]. 刘毕炎.中国航天科技集团公司第一研究院 2017
[2]线振动与过载测试的建模与仿真研究[D]. 程炳坤.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于MAPLESIM的高精度线振动台控制与试验技术研究[D]. 李丽永.哈尔滨工业大学 2015
[4]加速度计多参量数据采集系统设计与开发[D]. 赵光忠.哈尔滨工业大学 2013
[5]陀螺加速度计在精密离心机上的测试误差分析[D]. 吴闻鑫.哈尔滨工业大学 2011
[6]高精度加速度计标定与补偿技术研究[D]. 李永光.哈尔滨工业大学 2011
[7]平台系统精密离心机测试方法研究[D]. 张皓之.国防科学技术大学 2009
[8]线振动台测控问题的研究[D]. 崔胜刚.哈尔滨工业大学 2009
[9]精密离心机误差分析与补偿方法研究[D]. 陈岩.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3598282
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