时栅位移传感器动态误差修正方法研究
本文关键词：时栅位移传感器动态误差修正方法研究
【摘要】：作为一种新型的高精度位移测量传感器,时栅以“时空坐标转换理论”为设计理念,减小了精密机械刻线的加工难度,提高传感器精度的同时也降低了成本。在研究中发现时栅的动态测量精度远不如静态测量。基于此,本文针对时栅的动态测量,提出了一种可行的动态误差修正方案,以进一步提高时栅的动态测量精度。本文主要研究内容和结论如下:1)阐述了时栅角位移传感器的设计思想—“时空坐标转换理论”,并总结了动态误差补偿的常用方法。2)对比分析了三种常用的误差分析方法(傅立叶变换、功率谱密度估计、Allan方差)的工作原理及用途。然后利用傅立叶变换(又称谐波拟合法)消除时栅测量数据的系统误差,得到时栅的随机误差数据。再根据Allan方差将时栅随机误差分为6类:量化噪声、角度随机游走、速率随机游走、速率斜坡、零偏不稳定性以及正弦噪声,并分析这6类随机误差的产生机理以及对测量结果产生的影响。最后利用最小二乘法拟合得到这6类随机误差的特征系数,确定了时栅随机误差的主要来源。3)对比分析三种最常用的平稳时间序列模型:自回归模型(AR)、滑动平均模型(MA)、自回归滑动平均模型(ARMA)。然后对时栅随机误差数据进行时间序列建模,通过完成模型检验、模型识别、模型定阶和参数估计等后,确定了时栅随机误差的时间序列模型—ARMA(2,3)模型,为后面滤波做准备。4)分别阐述了常规卡尔曼滤波和自适应卡尔曼滤波的工作原理,并通过MATLAB编程实现了这两种算法。根据前面建立的时间序列模型,得出时栅随机误差的状态方程和量测方程,并将其进行卡尔曼滤波。利用Allan方差法对这两种卡尔曼滤波效果进行比较分析。实验及仿真结果表明,自适应卡尔曼滤波优于常规卡尔曼滤波,可以有效减小时栅动态随机误差,提高时栅测量精度。
【关键词】：时栅 误差修正 ARMA模型 卡尔曼滤波
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 1 绪论10-16
- 1.1 研究背景10-14
- 1.1.1 时栅发展历程10-12
- 1.1.2 时栅工作原理12
- 1.1.3 动态误差补偿研究现状12-14
- 1.2 本文的研究意义及内容14-16
- 2 时栅动态误差分析16-32
- 2.1 傅里叶变换法16-17
- 2.2 功率谱密度法17-18
- 2.3 Allan方差分析法18-25
- 2.3.1 Allan方差简介18-19
- 2.3.2 Allan方差噪声特性分析19-25
- 2.4 时栅误差类型25-28
- 2.4.1 系统误差25-26
- 2.4.2 随机误差26-28
- 2.5 时栅动态误差分析28-29
- 2.5.1 时栅系统误差补偿28
- 2.5.2 基于Allan方差的时栅随机误差分析28-29
- 2.6 本章小结29-32
- 3 时栅动态误差的时间序列建模32-44
- 3.1 平稳时间序列模型32-33
- 3.1.1 自回归（AR）模型32-33
- 3.1.2 滑动平均（MA）模型33
- 3.1.3 自回归滑动平均（ARMA）模型33
- 3.2 时栅数据预处理33-35
- 3.2.1 异常数据去除34
- 3.2.2 趋势项去除34-35
- 3.2.3 提取常值分量35
- 3.3 数据检验35-37
- 3.3.1 平稳性检验35-36
- 3.3.2 周期性检验36-37
- 3.3.3 正态性检验37
- 3.4 模型建立37-43
- 3.4.1 模型识别37-39
- 3.4.2 阶数确定39-41
- 3.4.3 参数估计41-43
- 3.5 本章小结43-44
- 4 卡尔曼滤波分析44-50
- 4.1 卡尔曼滤波44-46
- 4.1.1 状态方程和量测方程44-45
- 4.1.2 卡尔曼滤波解算原理45-46
- 4.1.3 卡尔曼滤波解算步骤46
- 4.2 自适应卡尔曼滤波46-49
- 4.2.1 新息相关法自适应滤波基本原理47-48
- 4.2.2 新息相关法自适应滤波最优滤波状态48-49
- 4.2.3 新息相关法自适应滤波参数调整过程49
- 4.3 本章小结49-50
- 5 应用与分析50-58
- 5.1 时栅动态测量系统设计50-53
- 5.1.1 信号处理模块51
- 5.1.2 串行通信模块51-52
- 5.1.3 上位机模块52-53
- 5.2 实验结果分析53-57
- 5.2.1 时栅随机误差的常规卡尔曼滤波分析53-56
- 5.2.2 两种卡尔曼滤波效果比较56-57
- 5.3 本章小结57-58
- 6 总结与展望58-60
- 6.1 总结58
- 6.2 展望58-60
- 致谢60-62
- 参考文献62-64
- 附录64-67
- 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果67
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪显尧,郭立品,哈荣丽,戴三和;散射参量测量中的误差修正理论与实践[J];电子学报;1987年01期
2 W·D·Kessler;J·H·Stein;吴林方;;数字磁记录器用的高性能误差修正系统[J];遥测遥控;1989年03期
3 卢宗先;;一个标准工资的数学模型及其误差修正[J];微型机与应用;1992年09期
4 施浒立;古天龙;;雷达天线和天文望远镜指向误差修正的数学模型——拟里兹广义插值[J];电子机械工程;1987年05期
5 张新立;;美国信息产业发展的协整与误差修正模型研究[J];情报杂志;2007年04期
6 ;新产品[J];光机电信息;1996年04期
7 黄家安,陈希,窦银];S参数在测试中的误差修正[J];压电与声光;1993年02期
8 牟晶晶;徐海松;许东晖;;在线色差检测的误差修正方案设计[J];光电工程;2007年02期
9 古乐天;戴三和;罗军;;动态范围达120dB的智能衰减测量仪[J];电子测量技术;1984年02期
10 孙伟;李婉秋;初婧;李瑞豹;;基于误差修正技术的井下人员MEMS定位方法[J];传感技术学报;2014年07期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 施浒立;赵彦;;误差设计新理念与方法[A];中国电子学会电子机械工程分会2007年机械电子学学术会议论文集[C];2007年
2 崔建华;牛e，
本文编号：805399
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/805399.html
