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精密离心机误差对加速度计标定误差的影响研究

作　者: 邢海峰
导　师: 任顺清
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 精密离心机误差加速度计标定二次奇异项系数齐次变换
分类号: TH824.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

加速度计模型系数的标定精度直接影响到飞行器的导航精度,而高精度加速度计通常要在精密离心机上进行非线性项的标定。因此,分析精密离心机本身误差对加速度计模型系数标定精度的影响具有一定的理论意义和实用价值。本文给出了摆式加速度计的静态误差模型,分析了部分误差模型系数产生的物理机理,为进一步改善加速度计的制造工艺提供理论依据。根据精密离心机的主轴-大臂系统的基本参数,建立了主轴的动力学方程。给出了质心平移和转动的解析解形式,并进行了数值仿真。根据动力学方程分析了由于主轴系统存在的动不平衡产生的半径误差,失准角误差。并建立了瞬时工作半径及动态失准角与测试位移传感器输出之间的联系。以齐次变换为工具,在考虑精密离心机各个环节的位姿误差源的前提下,建立了一系列坐标系,给出了被试加速度计坐标系在主轴坐标系下的齐次变换阵及在地理坐标系下的姿态阵。给出了向心加速度的精确表达式及在加速度计坐标系的分量,同时也给出了重力加速度在加速度计坐标系下的分量。为分析精密离心机误差对被试加速度计误差模型系数标定精度的影响打下了理论基础。分析了加速度计误差模型系数中附加的二次奇异项系数Koq的形成机理。分析表明它是在进行离心机实验时,由于离心机误差、离心机与加速度计之间的相互作用等因素产生的,而不是加速度计本身具有的误差模型系数。证明了在加速度计标定时引入它是为了保证其它误差模型系数的标定精度。因此,在实际导航中并不需要引入此项系数。为了保证加速度计在进行离心机实验时非线性项误差模型系数的标定精度,在1g重力场中,将加速度计在精密分度头上进行了等角度间隔和等比力间隔标定,确定了加速度计的较精确的零位偏置和标度因子。为加速度计的精密离心机试验标定其他非线性系数打下了基础。在准确地计算出加速度计的输入比力以及已经标定零位偏置和标度因子等的基础上,提出了加速度计在离心机上的三种安装位置的试验方法,采用谐波分析的方法,将待辨识加速度计误差模型系数与离心机误差进行了有效的分离,从而在不提高精密离心机性能指标的前提下,最大程度的提高加速度计模型系数的标定精度。从而为标定具有不同误差模型的不同类型的加速度计,对离心机提出不同的技术指标提供了一定的依据。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题的背景  10-12
  1.2 离心机综述  12-14
  1.3 加速度计综述  14-16
  1.4 加速度计误差标定方法综述  16-18
  1.5 本文的章节安排  18-20
第2章摆式加速度计的误差模型及其机理分析  20-29
  2.1 引言  20
  2.2 摆式加速度计误差机理分析  20-23
    2.2.1 石英加速度计的结构模型  20-21
    2.2.2 摆式加速度计动力学分析  21-23
  2.3 加速度计误差模型的建立  23-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章离心机的主轴动力学分析及误差分析  29-45
  3.1 引言  29
  3.2 主轴动力学方程的建立  29-36
    3.2.1 精密离心机的结构  29-30
    3.2.2 精密离心机的基本参数  30-31
    3.2.3 精密离心机微小位移测量  31-32
    3.2.4 精密离心机受力分析  32-33
    3.2.5 精密离心机动力学模型  33-36
  3.3 主轴运动对瞬时工作半径和失准角的影响分析  36-41
    3.3.1 主轴运动对瞬时工作半径的影响  36-39
    3.3.2 主轴运动对失准角的影响  39-41
  3.4 主轴角速度误差  41-44
    3.4.1 周期性角速度变化  41-42
    3.4.2 角速度漂移  42-43
    3.4.3 地球自转角速率引起的哥氏加速度误差  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章精密离心机误差分析及对加速度计Koq项系数的影响  45-62
  4.1 引言  45
  4.2 加速度计的输入加速度的精密计算  45-55
    4.2.1 精密离心机的误差项分析  45-46
    4.2.2 坐标系的建立  46-51
    4.2.3 重力加速度在加速度计各轴上的分量  51-53
    4.2.4 向心加速度在加速度计各轴上的分量  53-54
    4.2.5 加速度计各轴上的实际加速度  54-55
  4.3 Koq的形成机理及对其它误差模型系数的影响  55-61
    4.3.1 大臂伸长引起Koq  55-57
    4.3.2 离心力作用导致加速度计的敏感质量偏移  57
    4.3.3 离心机大臂动平衡引起的Koq  57-58
    4.3.4 周期性角速度变化  58-59
    4.3.5 加速度计自身发热对二次奇异项Koq的可能影响  59
    4.3.6 Koq对其他系数标定的影响  59-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章加速度计误差模型系数的辨识方法研究  62-83
  5.1 引言  62
  5.2 零位偏置和标度因子在分度头上的精密标定  62-69
    5.2.1 加速度计的实际输入值  64-65
    5.2.2 重力场下的等角度旋转测试  65-66
    5.2.3 重力场下的等加速度旋转测试  66-69
  5.3 加速度计在精密离心机上的安装与对准  69-71
    5.3.1 安装位置A的对准  69-70
    5.3.2 安装位置C的对准  70-71
  5.4 KPP，KIII，KPI的测试方法及补偿  71-73
  5.5 KII，KIO的测试方法及补偿  73-74
  5.6 KOP的测试方法及补偿  74-75
  5.7 对称安装测试时的系数标定与补偿  75-82
  5.8 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-88
攻读学位期间发表的学术论文  88-90
致谢  90

精密离心机误差对加速度计标定误差的影响研究

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