專利名稱：無角運動環(huán)境下基于離心機的撓性陀螺比力敏感項標定方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于慣性技術(shù)領域，涉及一種撓性陀螺比力敏感項的標定方法，具體地說，是指無角運動環(huán)境下基于離心機的撓性陀螺比力敏感項標定方法。
背景技術(shù)：
撓性陀螺是一種機械式雙自由度陀螺儀，它的驅(qū)動電機的電機轉(zhuǎn)軸通過撓性接頭帶動轉(zhuǎn)子作高速轉(zhuǎn)動，撓性接頭包含2對相互正交的撓性連接軸和I個平衡環(huán)，如圖I所示。自問世以來，撓性陀螺已廣泛應用在各種導航、制導與控制系統(tǒng)中。在實際應用中，撓性陀螺儀的角速度測量值中存在著由于各種內(nèi)部及外部因素產(chǎn)生的漂移誤差，一般由靜態(tài)漂移誤差、動態(tài)漂移誤差和隨機漂移誤差等組成，其中由線運動引起的靜態(tài)漂移誤差是撓性陀螺漂移誤差的主要部分，也是撓性捷聯(lián)慣導系統(tǒng)誤差的主要因素。撓性陀螺靜態(tài)漂移誤差數(shù)學模型中包含了對比力不敏感的漂移誤差項和對比力敏感的漂移誤差項。在實際應用中，撓性陀螺儀的誤差模型可表示為ω (X)d = K(X)d+K (X) xax+K (X)yayω (Y)d = K(Y)d+K(Y)xax+K(Y)yay其中，ω (X)d, ω ——陀螺儀的漂移速率誤差，單位° /h ;K(X)d，K(Y)d——常值漂移系數(shù)，與比力無關，單位° /h;K⑴X，，K⑴y，K⑴x，，mY)y——比力敏感項系數(shù)，單位(° /h)/g;ax, ay——沿陀螺儀相應軸的比力大小，單位g ；現(xiàn)有的撓性陀螺或撓性慣組標定采用的是靜態(tài)多位置標定方法，利用位置臺使撓性陀螺朝向一定的方向，將地球轉(zhuǎn)動角速度和當?shù)氐臉藴手亓铀俣萭(l作為參考，通過多個方程聯(lián)合求解的方法計算出撓性陀螺的誤差項系數(shù)。靜態(tài)多位置標定方法能夠得到O Ig環(huán)境下?lián)闲酝勇莸某Ｖ灯葡禂?shù)和比力敏感項系數(shù)，并認為在高過載環(huán)境下該系數(shù)仍保持線性不變。實際應用時，當撓性陀螺或撓性慣組應用于大過載環(huán)境時，使用地面多位置靜態(tài)標定結(jié)果進行補償，其實際使用精度常常與理論計算值差異甚遠。這很可能是由于撓性陀螺比力敏感項系數(shù)在大過載環(huán)境下發(fā)生了變化所致。如果能夠通過地面的大過載測試準確得到撓性陀螺的比力敏感項系數(shù)與環(huán)境過載的關系，就能在實際使用時準確補償撓性陀螺的比力敏感誤差，從而提高撓性捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的實際導航性能，具有非常重要的實用價值。申請?zhí)枮?00810101156. 3的中國發(fā)明專利，公開了一種撓性陀螺儀最優(yōu)八位置標定方法，是將撓性陀螺儀安裝在二軸位置速率轉(zhuǎn)臺上，在特定的方位采集數(shù)據(jù)并計算得到撓性陀螺靜態(tài)誤差補償模型。通過陀螺測量值剩余平方和的比較，利用撓性陀螺儀最優(yōu)八位置試驗設計方法求解的漂移系數(shù)進行補償后的結(jié)果較傳統(tǒng)八位置方法提高了 4 8倍。缺點實質(zhì)上與傳統(tǒng)靜態(tài)多位置測試方法相同，只能利用重力場作為環(huán)境過載激勵，得到的結(jié)果只能對應Ig環(huán)境下的性能參數(shù)，得不到大過載環(huán)境下標定系數(shù)的準確值。授權(quán)公告號CN 101377422B的中國發(fā)明專利，公開了一種撓性陀螺儀靜態(tài)漂移誤差模型最優(yōu)二十四位置標定方法，是將撓性陀螺儀安裝在三軸位置速率轉(zhuǎn)臺上，采用離散D-最優(yōu)設計構(gòu)造方法進行設計，從整個試驗空間中選取二十四個空間位置取向作為陀螺坐標系取向并進行試驗。相對于最優(yōu)八位置法，最優(yōu)二十四位置試驗測試除了能夠標定加速度無關項、加速度一次方有關項外，還可以得到加速度二次有關項漂移系數(shù)。缺點實質(zhì)上與傳統(tǒng)靜態(tài)多位置測試方法相同，只能利用重力場作為環(huán)境過載激勵，雖然效果好于八位置，但是得到的結(jié)果只能對應Ig環(huán)境下的性能參數(shù)，得不到大過載環(huán)境下標定系數(shù)的準確值。不超過Ig的環(huán)境下，加速度二次有關項為小量，與環(huán)境干擾難以有效區(qū)分，因而結(jié)果的可信度不高。
申請公布號CN 101738203A中國發(fā)明專利，公開了一種撓性陀螺儀靜態(tài)漂移零次和一次加速度相關項誤差模型最優(yōu)位置標定方法，是采用D-最優(yōu)試驗設計方法獲得最優(yōu)的測試位置。在最優(yōu)空間正交十二位置下對獲得的最優(yōu)空間正交十二位置漂移系數(shù)與撓性陀螺靜態(tài)誤差補償模型Go進行的測量值補償有效地提高了撓性陀螺儀的輸出。利用撓性陀螺儀最優(yōu)空間正交十二位置試驗設計方法求解的漂移系數(shù)進行補償后的結(jié)果較傳統(tǒng)八位置方法提高了 4 5倍，較全空間正交二十四位置試驗方法精度有所提高并且測試時間縮短了一半。缺點雖然效果好于優(yōu)化的八位置和優(yōu)化的二十四位置，但實質(zhì)上與傳統(tǒng)靜態(tài)多位置測試方法相同，只能利用重力場作為環(huán)境過載激勵，得到的結(jié)果只能表示在Ig環(huán)境下，得不到超過Ig的大過載環(huán)境下標定系數(shù)的準確值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過地面高過載環(huán)境下的標定測試，真實地獲得撓性陀螺比力敏感誤差項系數(shù)與環(huán)境過載加速度的關系，實現(xiàn)撓性陀螺比力敏感誤差的精確補償，減小撓性陀螺比力敏感誤差對撓性捷聯(lián)慣性系統(tǒng)精度的影響。本發(fā)明提供的無角運動環(huán)境下?lián)闲酝勇荼攘γ舾许棙硕ǚ椒?，具體包括如下步驟第一步隨動反轉(zhuǎn)臺(簡稱反轉(zhuǎn)臺)安裝在離心機的臺面上，在臺面上還設有配重，所述的配重與反轉(zhuǎn)臺對稱分布在離心機臺面的同一直徑上。反轉(zhuǎn)臺的臺面上安裝撓性陀螺，反轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動軸與離心機的轉(zhuǎn)動軸平行，當離心機以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)臺可相對離心機作相反方向旋轉(zhuǎn)。撓性陀螺的供電及輸出數(shù)據(jù)信號通過反轉(zhuǎn)臺和離心機的滑環(huán)連接到供電電源和數(shù)據(jù)采集計算機。第二步通過離心機的控制界面將離心機和反轉(zhuǎn)臺分別控制在其零位位置并保持靜止，此時撓性陀螺敏感軸X指向當?shù)氐牡乩肀毕颉Ｈ缓?，撓性陀螺加電，預熱穩(wěn)定lOmin。第三步打開數(shù)據(jù)采集計算機中的采集軟件開始采集撓性陀螺敏感軸X軸和敏感軸Y軸的輸出，采集時間不小于3min，得到初始靜態(tài)下?lián)闲酝勇菝舾休SX軸和敏感軸Y軸的輸出脈沖數(shù)據(jù)；第四步使離心機以角速度Ot=COci(單位° /s)旋轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)臺以角速度-COt (單位° /s)旋轉(zhuǎn)，二者的角加速度均為COa，單位° /S2。撓性陀螺敏感軸感受到的環(huán)境過載加速度幅值為-RZgo其中，R是反轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動軸到離心機轉(zhuǎn)動軸的距離，單位m ；g0是當?shù)貥藴手亓铀俣龋瑔挝籱/s2 ；第五步離心機和反轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，采集撓性陀螺敏感軸X軸和敏感軸Y軸的輸出脈沖數(shù)據(jù)15min，得到過載條件下?lián)闲酝勇菝舾休SX軸和敏感軸Y軸的輸出脈沖數(shù)據(jù)；第六步依據(jù)事先選取的過載加速度ai; i = 1,2,3,…η,設定離心機轉(zhuǎn)速
重復第四步和第五步，獲得不同環(huán)境過載加速度下的 撓性陀螺輸出數(shù)
π
據(jù)；第七步測試完成后，離心機與反轉(zhuǎn)臺關機，停止數(shù)據(jù)采集，撓性陀螺斷電；第八步計算過載項系數(shù)本發(fā)明可以標定撓性陀螺靜態(tài)漂移模型中包含的比力敏感誤差項與環(huán)境過載加速度之間的關系，通過查表法精確補償撓性陀螺的比力敏感漂移誤差，從而減小撓性陀螺比力敏感誤差對撓性捷聯(lián)慣性系統(tǒng)導航精度的影響。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的撓性陀螺機械轉(zhuǎn)子與撓性接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中采用的帶隨動反轉(zhuǎn)臺的離心機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I.離心機；2.離心機臺面；3.反轉(zhuǎn)臺；4.配重；5.反轉(zhuǎn)臺的臺面；6.撓性陀螺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明提供了一種無角運動環(huán)境下基于離心機的撓性陀螺比力敏感項標定方法，利用帶隨動反轉(zhuǎn)臺的離心機為撓性陀螺提供高過載輸入，高過載輸入在被測試的撓性陀螺軸向上的投影呈現(xiàn)正弦或余弦變化；采用傅里葉級數(shù)分解的方法得到撓性陀螺的一次比力敏感誤差系數(shù)。該標定方法的具體步驟如下第一步本發(fā)明采用的主要設備是帶隨動反轉(zhuǎn)臺3 (簡稱反轉(zhuǎn)臺)的離心機1，如圖2所示，所述的反轉(zhuǎn)臺3安裝在離心機I的臺面2上，并且在離心機I的臺面2上，還設置有配重4，所述的配重4與反轉(zhuǎn)臺3對稱分布在離心機臺面2上的同一直徑上。反轉(zhuǎn)臺3的臺面5上安裝撓性陀螺6，反轉(zhuǎn)臺3的轉(zhuǎn)動軸與離心機I的轉(zhuǎn)動軸平行，當離心機I以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)臺3可相對離心機I作相反方向旋轉(zhuǎn)。測試試驗前，采用水平校準儀器調(diào)整反轉(zhuǎn)臺3的臺面5和離心機I的臺面2與水平面平行，然后將撓性陀螺6通過工裝安裝在反轉(zhuǎn)臺3的臺面5上，使撓性陀螺6的敏感軸X與敏感軸Y均與水平面平行，撓性陀螺6的自轉(zhuǎn)軸與反轉(zhuǎn)臺3的轉(zhuǎn)動軸重合。撓性陀螺6的供電及輸出數(shù)據(jù)信號通過反轉(zhuǎn)臺3和離心機I的滑環(huán)連接到供電電源和數(shù)據(jù)采集計算機。第二步通過離心機I的控制界面將離心機I和反轉(zhuǎn)臺3分別控制在其零位位置并保持靜止，此時撓性陀螺敏感軸X指向當?shù)氐牡乩肀毕?。然后，撓性陀螺加電，預熱穩(wěn)定IOmin0第三步打開數(shù)據(jù)采集計算機中的采集軟件開始采集撓性陀螺敏感軸X軸和敏感軸Y軸的輸出，采集時間不小于3min，得到初始靜態(tài)下?lián)闲酝勇菝舾休SX軸和敏感軸Y軸的輸出脈沖數(shù)據(jù)；第四步使離心機I以角速度= COci(單位° /s)旋轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)臺3以角速度-COt (單位° /s)旋轉(zhuǎn)，二者的角加速度均為(Oa，單位° /s2。撓性陀螺敏感軸感受到的環(huán)境過載加速度幅值為
權(quán)利要求
1.無角運動環(huán)境下的撓性陀螺比カ敏感項標定方法，其特征在于 第一歩反轉(zhuǎn)臺安裝在離心機的離心機臺面上，反轉(zhuǎn)臺的臺面上安裝撓性陀螺，反轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動軸與離心機的轉(zhuǎn)動軸平行，當離心機以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)臺可相對離心機作相反方向旋轉(zhuǎn)；撓性陀螺的供電及輸出數(shù)據(jù)信號通過反轉(zhuǎn)臺和離心機的滑環(huán)連接到供電電源和數(shù)據(jù)采集計算機； 第二歩通過離心機 的控制界面將離心機和反轉(zhuǎn)臺分別控制在其零位位置并保持靜止，此時撓性陀螺敏感軸X指向當?shù)氐牡乩肀毕?；然后，撓性陀螺加電，預熱穩(wěn)定IOmin ；第三步打開數(shù)據(jù)采集計算機中的采集軟件開始采集撓性陀螺敏感軸X軸和敏感軸Y軸的輸出，采集時間不小于3min，得到初始靜態(tài)下?lián)闲酝勇菝舾休SX軸和敏感軸Y軸的輸出脈沖數(shù)據(jù)； 第四歩使離心機以角速度《t= GJci旋轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)臺以角速度-Cot旋轉(zhuǎn)，撓性陀螺敏感軸感受到的環(huán)境過載加速度幅值為 a°=(i^) 'R/go 其中，R是反轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動軸到離心機轉(zhuǎn)動軸的距離，単位m ；g0是當?shù)貥藴手亓铀俣?，單?m/ S2 ； 第五步離心機和反轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，采集撓性陀螺敏感軸X軸和敏感軸Y軸的輸出脈沖數(shù)據(jù)15min，得到過載條件下?lián)闲酝勇菝舾休SX軸和敏感軸Y軸的輸出脈沖數(shù)據(jù)； 第六步:依據(jù)事先選取的過載加速度ai;設定離心機轉(zhuǎn)速》i =OJ1 = —^atg0 IR，i = 1,2,3，…n，重復第四步和第五步，獲得不同環(huán)境過載加速度下的撓性陀螺輸出數(shù)據(jù)； 第七步測試完成后，離心機與反轉(zhuǎn)臺關機，停止數(shù)據(jù)采集，撓性陀螺斷電； 第八步計算過載項系數(shù)。
2.權(quán)利要求I所述的無角運動環(huán)境下的撓性陀螺比カ敏感項標定方法，其特征在于所述的離心機臺面上還設置有配重，所述的配重與反轉(zhuǎn)臺對稱分布在離心機臺面上的同一個直徑上。
3.利要求I所述的無角運動環(huán)境下的撓性陀螺比カ敏感項標定方法，其特征在于所述的計算過載項系數(shù)，具體為 用事先標定得到的撓性陀螺標度因數(shù)將第三步至第六步采集到的撓性陀螺脈沖量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成角速度數(shù)據(jù)； 對第三步初始靜態(tài)下?lián)闲酝勇菝舾休SX軸和敏感軸Y軸轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)求取平均值； 對第五步、第六步過載環(huán)境下?lián)闲酝勇菝舾休SX軸和敏感軸Y軸轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)分別減去相對應的該軸初始靜態(tài)轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)平均值； 對減去初始靜態(tài)平均值的不同過載加速度Bi的撓性陀螺X軸數(shù)據(jù)Du (X)和Y軸數(shù)據(jù)Dij (Y)，分別截取整周期數(shù)據(jù)，周期 ;=5，截取的數(shù)據(jù)個數(shù)Ni滿足％ = < <ta，其中t為采樣周期，m為大于500的正整數(shù)ス,為過載加速度ai處的數(shù)據(jù)采集時間；ω i為反轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速，即角速度值，i = 1,2,3,…η ； 對截取的各過載加速度下的撓性陀螺X軸和Y軸數(shù)據(jù)進行傅里葉級數(shù)分解計算
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無角運動環(huán)境下的撓性陀螺比力敏感項標定方法，屬于慣性技術(shù)領域。本發(fā)明將隨動反轉(zhuǎn)臺安裝在離心機的臺面上，采集初始靜態(tài)下和過載條件下?lián)闲酝勇菝舾休S的輸出脈沖數(shù)據(jù)；依據(jù)事先選取的過載加速度，設定離心機轉(zhuǎn)速，獲得不同環(huán)境過載加速度下的撓性陀螺輸出數(shù)據(jù)；計算過載項系數(shù)。本發(fā)明可以標定撓性陀螺靜態(tài)漂移模型中包含的比力敏感誤差項與環(huán)境過載加速度之間的關系，通過查表法精確補償撓性陀螺的比力敏感漂移誤差，從而減小撓性陀螺比力敏感誤差對撓性捷聯(lián)慣性系統(tǒng)導航精度的影響。
文檔編號G01C25/00GK102636184SQ201210093438
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者張春熹, 李保國, 蘆佳振, 高爽 申請人:北京航空航天大學