陀螺儀與加速度計(jì)的測(cè)試目的與意義

1、陀螺儀與加速度計(jì)的測(cè)試目的與 意義及常用的設(shè)備功能簡(jiǎn)介 自動(dòng)化學(xué)院 2120121045 楊超峰 目錄 v陀螺儀和加速度計(jì)的測(cè)試的目的 v陀螺儀和加速度計(jì)的測(cè)試的意義 v常用的測(cè)試設(shè)備及功能簡(jiǎn)介 v測(cè)試設(shè)備與國(guó)外差距 v慣性測(cè)試設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 陀螺儀與加速度計(jì)的測(cè)試目的 v陀螺儀與加速度計(jì)等慣性儀表的精度決定了 慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度。而提高慣性器件精度的主 要途徑有：改進(jìn)儀表的結(jié)構(gòu)工藝和加工工藝， 探索新型慣性儀表;對(duì)儀表或系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和 建模，通過(guò)誤差補(bǔ)償來(lái)提高儀表的實(shí)際使用 精度和導(dǎo)航精度。 v因此測(cè)試的目的之一就是建立慣性儀表和慣 導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型或誤差模型并確定其參數(shù), 再通過(guò)誤差補(bǔ)償技術(shù)來(lái)

2、提高精度。 陀螺儀與加速度計(jì)的測(cè)試目的 v慣性器件研制完成后都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，以確定 其性 能指標(biāo)。無(wú)論是慣性儀表進(jìn)入儀器和系統(tǒng)的總 裝備之前鑒定 其性能是否合格，還是新研制的某型 號(hào)產(chǎn)品是否達(dá)到了預(yù)期 技術(shù)指標(biāo)，都必須進(jìn)行測(cè)試 v對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)的測(cè)試目的主要有以下三類： v1）鑒定它們是否合格，避免故障儀表進(jìn)入總裝配； v2）掌握它們的誤差規(guī)律，從而建立誤差模型； v3）發(fā)現(xiàn)它們內(nèi)在設(shè)計(jì)缺陷，為改進(jìn)提供依據(jù)； v測(cè)試的主要目的是建立慣性儀表和慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型或誤差模型并確定其參數(shù) 陀螺儀的測(cè)試目的 v基本目的：要確定陀螺儀在系統(tǒng)中使用的時(shí)間內(nèi)連續(xù)、正常工 作的性能，同時(shí)還要研究陀螺

3、儀對(duì)使用環(huán)境和工作條件變化的 反應(yīng)，也就是陀螺儀的可靠性，還有陀螺儀的精度。 v主要目的：是建立陀螺儀和慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型或誤差模型并 確定其參數(shù) v一般陀螺儀的性能參數(shù)都是指經(jīng)過(guò)調(diào)整補(bǔ)償之后的實(shí)際試驗(yàn)數(shù) 據(jù)。而通常提到的陀螺儀的漂移率，都是指沒(méi)有規(guī)律 或無(wú)法 補(bǔ)償?shù)碾S機(jī)漂移率。 v機(jī)械轉(zhuǎn)子陀螺儀的測(cè)試方法主要有雙軸翻滾試驗(yàn)、離心機(jī)試驗(yàn)、 線性振動(dòng)試驗(yàn)和角振動(dòng)試驗(yàn)，力反饋雙軸翻滾實(shí)驗(yàn)常用于確定 在1g重力環(huán)境中陀螺儀靜態(tài)誤差模型的系數(shù)。在特殊情況下， 用精密線振動(dòng)臺(tái)和帶反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的離心機(jī)完成陀螺儀參數(shù)的測(cè)試。 離心機(jī)實(shí)驗(yàn)可以分離出與比力和比力平方敏感的漂移系數(shù)，而 線振動(dòng)臺(tái)可以對(duì)比力平方敏感的漂

4、移系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。 加速度計(jì)的測(cè)試目的 v主要是通過(guò)測(cè)試加速度計(jì)的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性 等來(lái)是建立加速度計(jì)和慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型或誤 差模型并確定其參數(shù) v加速度計(jì)的測(cè)試通常包括啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間、閾值、 分辨率、測(cè)量范圍、交叉耦合系數(shù)、偏值、標(biāo)度 因數(shù)、非線性系數(shù)、帶寬、磁敏感系數(shù)、重復(fù)性 以及穩(wěn)定性等等項(xiàng)目。重力場(chǎng)1g0試驗(yàn)主要測(cè)試 加速度計(jì)在輸入地球重力時(shí)的靜態(tài)特性，完成加 速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)和偏值的標(biāo)定測(cè)試；線振動(dòng)試驗(yàn) 主要測(cè)試加速度計(jì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及與加速度平方 成比例的系數(shù)。離心機(jī)試驗(yàn)可用于準(zhǔn)確測(cè)定加速 度計(jì)的非線性參數(shù)。 陀螺儀與加速度計(jì)測(cè)試的意義 v首先就是可以剔除不合格產(chǎn)品，避免故障儀表進(jìn)入

5、總裝備。 v其次是現(xiàn)代慣性系統(tǒng)對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)的精度提 出了更高的要求， 同時(shí)也對(duì)可靠性、可操作性、可 維護(hù)性、體積、重量、成本的要求越來(lái)越高。 v提高硬件的性能是有限的，并且需要花費(fèi)大量的成 本； 若通過(guò)測(cè)試建立慣性儀表和慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模 型或誤差模型并確定其參數(shù)，再用軟件的方法，在 一定范圍內(nèi)對(duì)慣性器件的誤差進(jìn)行建模和補(bǔ)償，即 可有效提高慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度，也減少了硬件成本。 常用的慣性測(cè)試設(shè)備 v慣性器件的測(cè)試需要專門的測(cè)試設(shè)備，為了精確測(cè)試 慣性儀表的精度，其測(cè)試設(shè)備的自身精度必須比被測(cè) 件更高，一般來(lái)說(shuō)，測(cè)試設(shè)備的精度要高一個(gè)數(shù)量級(jí)， 或者說(shuō)測(cè)試設(shè)備的誤差應(yīng)該是 被測(cè)儀表誤差的10%。

6、 并且要求測(cè)試設(shè)備具有高的分辨率、重復(fù)性和穩(wěn)定性。 v慣性測(cè)試設(shè)備是用來(lái)產(chǎn)生精密的角度、角速度、比力 以及其他的諸如溫度、濕度、氣壓等環(huán)境基準(zhǔn)和條件 的設(shè)備。這些設(shè)備為各種各樣的加速度計(jì)、陀螺儀及 由它們組成的慣性測(cè)量單元提供精密的輸入量，然后 根據(jù)它們的輸出將慣性儀表的誤差模型系數(shù)辨識(shí)出來(lái)， 以在系統(tǒng)應(yīng)用中加以補(bǔ)償或衡量慣性儀表的精度水平。 精度測(cè)試設(shè)備分類 v根據(jù)測(cè)試對(duì)象的靜、動(dòng)態(tài)特性和測(cè)試基準(zhǔn)的 差異，慣性器件及系統(tǒng)的精度測(cè)試設(shè)備可分 為： v重力場(chǎng)測(cè)試設(shè)備：包括位置、速率及伺服功 能的裝置和轉(zhuǎn)臺(tái)。 v高過(guò)載測(cè)試設(shè)備：離心機(jī)和低頻線振動(dòng)臺(tái) v動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備：線振動(dòng)臺(tái)和角振動(dòng)臺(tái) 多面體與端齒

7、盤 v這些設(shè)備利用重力場(chǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)，主要用于對(duì)慣 性器件及系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)特性測(cè)試。 v1）.多面體多面體：是一類最簡(jiǎn)單、最方便使用的能夠提 供精密空間坐標(biāo)位置的測(cè)試裝置，多面體的角精度 可達(dá)1”。 v功能：對(duì)慣性器件及系統(tǒng)進(jìn)行確定角度的多位置測(cè) 試。 v2）.端齒盤端齒盤：是利用齒數(shù)、齒形、直徑均相同的一 對(duì)端面齒盤，在不同位置齒合而進(jìn)行圓周分度的器 具。 v功能：主用于角度精密測(cè)量，也可作為慣性器件及 系統(tǒng)多位置測(cè)試的位置給定裝置。常用的是360齒 盤和391齒盤。 位置轉(zhuǎn)臺(tái) v位置轉(zhuǎn)臺(tái)位置轉(zhuǎn)臺(tái)：是慣性器件及系統(tǒng)進(jìn) 行靜態(tài)誤差測(cè)試的最基本的測(cè)試 設(shè)備，通常有單軸、雙軸、三軸 位置轉(zhuǎn)臺(tái)，一般還

8、常配有溫度、 濕度控制箱。 v為陀螺提供相對(duì)于地球的各種精 確位置 v典型參數(shù)如下： v回轉(zhuǎn)精度：0.51 v軸間及軸與臺(tái)面不垂直度：1 1.5 v分辨率：0.180.36 v重復(fù)性：0.10.2 v位置精度（峰-峰值）：11.5 中航工業(yè)北京航空精密機(jī)械研究所中航工業(yè)北京航空精密機(jī)械研究所生產(chǎn)的 W891E型單軸臥式轉(zhuǎn)臺(tái)型單軸臥式轉(zhuǎn)臺(tái) 速率轉(zhuǎn)臺(tái) v速率轉(zhuǎn)臺(tái)又稱是加速度轉(zhuǎn)臺(tái)，它主要用于測(cè)定陀螺儀 的特性，速率轉(zhuǎn)臺(tái)均具有位置轉(zhuǎn)臺(tái)的特性，按轉(zhuǎn)軸數(shù) 目也可分為單軸、雙軸、三軸。主要是為陀螺儀等提 供測(cè)試所需的精確轉(zhuǎn)動(dòng)速度。 v典型參數(shù)： v轉(zhuǎn)速范圍：0.0001/s5000/s v轉(zhuǎn)速精度：當(dāng)角度間

9、隔360時(shí)，1*10-5/s v 當(dāng)角度間隔10時(shí)，2*10-4/s v 當(dāng)角度間隔1時(shí)，2*10-3/s v速率平穩(wěn)性：當(dāng)角度間隔360時(shí)，1*10-5/s v 當(dāng)角度間隔10時(shí)，2*10-4/s v 當(dāng)角度間隔1時(shí)，2*10-3/s 單軸、雙軸轉(zhuǎn)臺(tái) 帶溫控箱的單軸速率位置轉(zhuǎn)臺(tái)帶溫控箱的雙軸速率位置轉(zhuǎn)臺(tái) 國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)臺(tái) WFT-3 型多功能測(cè)試三軸轉(zhuǎn)臺(tái)型多功能測(cè)試三軸轉(zhuǎn)臺(tái) WST-2 型帶高低溫箱的位置速率轉(zhuǎn)臺(tái)型帶高低溫箱的位置速率轉(zhuǎn)臺(tái) 伺服轉(zhuǎn)臺(tái) v伺服轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于測(cè)試陀螺 儀的長(zhǎng)期漂移特性，其工作 狀態(tài)可以模擬陀螺儀在慣性 系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)中的工作情況， 此外，還具有精密位置和精 密速率功能。也可分

10、為單軸、 雙軸和三軸伺服轉(zhuǎn)臺(tái)。 v伺服轉(zhuǎn)臺(tái)在伺服工作狀態(tài)的 指標(biāo)如下： v伺服剛度：一般為 1N.m/()5N.m/(); v伺服帶寬：一般為312Hz； v跟蹤精度：一般優(yōu)于1 v一次連續(xù)工作時(shí)間：不少于 24h。 伺服轉(zhuǎn)臺(tái) 角振動(dòng)臺(tái) v角振動(dòng)臺(tái)也稱為搖擺臺(tái)，主要 是為了測(cè)試當(dāng)外界輸入有角加 速度時(shí)，陀螺儀輸出的動(dòng)態(tài)誤 差特性。根據(jù)轉(zhuǎn)軸的個(gè)數(shù)不同， 分為單軸、雙軸和三軸角振動(dòng) 臺(tái)，以模擬一維、二維、及三 維角運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 v三軸角振動(dòng)臺(tái)的典型性能參數(shù) 如下： v最大速率：60/s v最大加速度：1500/s2（內(nèi) 框）， 500/s2（中框）， 400/s2（外框）； v頻率范圍：0.520H

11、z（內(nèi)框）， 0.515Hz（中框）， 0.510Hz（外框）； v失真度：5%。TDC 系列單軸角振動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)系列單軸角振動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái) 精密線振動(dòng)臺(tái) v精密線振動(dòng)臺(tái)用于測(cè)試慣性 器件及系統(tǒng)的線振動(dòng)誤差。 目前只有單軸振動(dòng)臺(tái)，可以 產(chǎn)生精確地正弦波形線振動(dòng)。 v典型性能參數(shù)如下： v振動(dòng)加速度范圍：050g； v振動(dòng)頻率范圍：51000Hz； v振動(dòng)加速度精度：10-3 ； v波形失真度： 10-2 ； v側(cè)向干擾加速度： 10-5 g 線振動(dòng)臺(tái)線振動(dòng)臺(tái) 精密離心機(jī) 離心機(jī) 中航工業(yè)北京航空精密機(jī)械研究所中航工業(yè)北京航空精密機(jī)械研究所 LXJ 系列離心機(jī)系列離心機(jī) 運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái) v運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)廣泛應(yīng)用于各種

12、載體和設(shè)備的運(yùn)動(dòng)仿真， （如多自由度搖擺臺(tái)、三軸飛行仿真試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)）， 慣性器件及系統(tǒng)可以利用運(yùn)動(dòng)模擬器進(jìn)行功能測(cè)試 和某些精度項(xiàng)目的測(cè)試。 六自由度搖擺臺(tái)六自由度搖擺臺(tái) 三軸飛行仿真試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)三軸飛行仿真試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái) 測(cè)試技術(shù)與國(guó)外差距 v陀螺儀測(cè)試技術(shù)： v1）缺少高精度的測(cè)試設(shè)備 v2）制造工藝水平有待進(jìn)一步提高 v3）需要進(jìn)一步建立和完善測(cè)試規(guī)范 v4）應(yīng)該進(jìn)一步深入開(kāi)展慣性儀表誤差來(lái)源以及測(cè) 試方法和測(cè)試技術(shù)的研究。 v加速度計(jì)測(cè)試技術(shù)： v1）重力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的主要差距是試驗(yàn)設(shè)備以及試驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)方面落后于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家 v2）過(guò)載試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)等方面，我國(guó)無(wú)論從試驗(yàn) 設(shè)備還是測(cè)試方法上與國(guó)外都有明顯的差距 測(cè)試設(shè)備與國(guó)外差距 v1）轉(zhuǎn)臺(tái)單項(xiàng)性能一般可以做到較高，但整 體和綜合性能等則差距較大 v2）轉(zhuǎn)臺(tái)性能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性還明顯不足，設(shè) 備穩(wěn)定性總體而言很不理想 v3)轉(zhuǎn)臺(tái)整體性能可靠性較差，與國(guó)外