慣性儀器測試與數(shù)據(jù)分析測試方法課件

1、1第三章 慣性儀器的測試原理與方法 主要內(nèi)容：一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 二、陀螺儀靜態(tài)誤差的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)測試 三、加速度計(jì)重力場試驗(yàn) 2第三章 慣性儀器的測試原理與方法 主要內(nèi)容：慣性儀器的測試陀螺漂移測試 轉(zhuǎn)臺(tái)伺服試驗(yàn)：測定陀螺儀的長期漂移性能，模擬平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)工作狀態(tài) 力矩反饋試驗(yàn)，測定陀螺儀的短期漂移性能，模擬捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)工作狀態(tài) 加速度計(jì)力矩反饋測試：使用精密分度頭分離靜態(tài)模型各項(xiàng)參數(shù) 重點(diǎn)介紹：1g重力場內(nèi)進(jìn)行最簡單和最基本的測試方法，獲得慣性器件的基本性能參數(shù)，作為了解其它試驗(yàn)方法的基礎(chǔ) 3一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 1、重力場測試中單自由度陀螺儀靜態(tài)漂移誤差數(shù)學(xué)模型 （

2、1）重力場中的陀螺靜態(tài)漂移值為力矩器刻度因素，單位/h/mA；為再平衡回路采樣電流，單位mA；為地球角速度 在陀螺輸入軸的投影分量。（2）重力場中的比力值若記則（3）陀螺漂移測試數(shù)學(xué)模型4一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （1）極軸翻滾含義極軸地球的自轉(zhuǎn)軸，極軸翻滾當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面上的陀螺各軸在重力場內(nèi)周期性地改變方向，此即翻滾。5一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （2）極軸翻滾受力分析由西向東看 由極軸北向南看 縮略符號(hào)說明：E-東向、S-南向、W-西向、N-北向、U-天向、D-地向、Np-極軸北向，Sp極軸南

3、向L-當(dāng)?shù)氐乩砭暥龋ㄒ阎┩勇輧x各軸比力： 陀螺儀輸入軸地球自轉(zhuǎn)角速率： 6一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （3）極軸翻滾測試數(shù)學(xué)模型取重力g的單位為一個(gè)重力加速度的數(shù)值進(jìn)行歸一化，即 ，則有參考來源：7一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （3）極軸翻滾測試數(shù)學(xué)模型整理成關(guān)于 的傅里葉級(jí)數(shù)形式（去除相關(guān)性）三角公式8一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （4）極軸翻滾測試方法與數(shù)據(jù)處理極軸翻滾角度示意（陀螺O軸指向Np）翻滾角度特點(diǎn)：整周上分布均勻；從0度開始，為4的倍數(shù)。目的：利用對(duì)稱性減小某些誤差，或?yàn)楹罄m(xù)數(shù)據(jù)處理提供方便。每個(gè)采樣點(diǎn)測量方

4、程簡記則有9一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （4）極軸翻滾測試方法與數(shù)據(jù)處理從方程組 求解 的方法最小二乘解 接下來，轉(zhuǎn)臺(tái)繞耳軸轉(zhuǎn)180度，陀螺輸出軸O朝南Sp時(shí)，陀螺各軸比力分析由西向東看 由極軸南向北看 對(duì)比O朝北Np時(shí)10一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （4）極軸翻滾測試方法與數(shù)據(jù)處理同理，列寫陀螺O軸指向Np時(shí)n次測量構(gòu)成的方程組，求最小二乘解得 每個(gè)采樣點(diǎn)測量方程11一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （4）極軸翻滾測試方法與數(shù)據(jù)處理綜合得：12一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 2、極軸翻滾試驗(yàn) （5）極軸翻滾位置總結(jié)極軸翻滾O

5、 - NpO - Sp陀螺S軸垂直于轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面S - NpS - Sp特點(diǎn)：陀螺I軸平行于轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面，極軸翻滾過程中I垂直于極軸，始終不感受角速率。13一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 3、地理坐標(biāo)位置翻滾試驗(yàn) 特點(diǎn)：地理位置翻滾試驗(yàn)中，陀螺儀沿當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系（ESWNUD）取向，每次只有陀螺儀的一個(gè)軸向（天向或地向）存在比力激勵(lì)，因此無法求的交叉軸誤差系數(shù)，只能估計(jì)出零次、一次及平方誤差系數(shù)。 位置1中陀螺指向位置坐標(biāo)取向（I,O,S）重力分量（I,O,S /g）1S,U,W0,1,02N,U,E0,1,03U,W,S1,0,04D,W,N-1,0,05N,W,U0,0,16S,W,D0,0,-

6、17N,D,W0,-1,08S,D,E0,-1,0八位置地理位置翻滾試驗(yàn) 14一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 3、地理坐標(biāo)位置翻滾試驗(yàn) 位置坐標(biāo)取向（I,O,S）重力分量（I,O,S /g）1S,U,W0,1,02N,U,E0,1,03U,W,S1,0,04D,W,N-1,0,05N,W,U0,0,16S,W,D0,0,-17N,D,W0,-1,08S,D,E0,-1,0八位置地理位置翻滾試驗(yàn)表 列寫測試方程： 15一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 3、地理坐標(biāo)位置翻滾試驗(yàn) 直接求解 16一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 4、固定位置綜合漂移試驗(yàn) 目的：用于確定陀螺儀一次啟動(dòng)隨機(jī)漂移的穩(wěn)定性

7、，或逐次啟動(dòng)隨機(jī)漂移的重復(fù)性。 （1）一次啟動(dòng)隨機(jī)漂移的穩(wěn)定性測試方法 將單自由度陀螺儀安裝在固定基座上，一般情況下三軸IOS方位可以任意，但測試過程中基座始終固定不動(dòng)。 啟動(dòng)陀螺儀穩(wěn)定后，每隔一定時(shí)間（如5min）記錄一次電流數(shù)據(jù)，計(jì)算陀螺輸出角速率 ，共采集n次角速率數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差其中 。該試驗(yàn)反映了陀螺儀一次啟動(dòng)工作過程中隨機(jī)漂移的穩(wěn)定程度，它是陀螺儀精度的最重要性能指標(biāo)之一。一般將試驗(yàn)時(shí)間在23h之內(nèi)的漂移穩(wěn)定性稱為短期穩(wěn)定性，而超過6h的稱為長期穩(wěn)定性。 17一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 4、固定位置綜合漂移試驗(yàn) （2）逐次啟動(dòng)隨機(jī)漂移的穩(wěn)定性測試方法 將單自由度陀螺儀安裝在固

8、定基座上，一般情況下三軸IOS方位可以任意，但測試過程中基座始終固定不動(dòng)。 啟動(dòng)陀螺儀穩(wěn)定后，在一段時(shí)間內(nèi)（如30min）記錄一組電流數(shù)據(jù)，計(jì)算陀螺平均輸出角速率 ，停機(jī)冷卻， 再啟動(dòng)陀螺儀測試，如此反復(fù)測試n次，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差該試驗(yàn)反映了陀螺儀多次啟動(dòng)之間的漂移偏差程度，它也是陀螺儀精度的最重要性能指標(biāo)之一。 18一、陀螺儀靜態(tài)誤差的力矩反饋測試 4、固定位置綜合漂移試驗(yàn) 某陀螺漂移測試（一次漂移穩(wěn)定性和逐次漂移穩(wěn)定性）19二、陀螺儀靜態(tài)誤差的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)測試 特點(diǎn)：伺服轉(zhuǎn)臺(tái)與陀螺儀構(gòu)成伺服閉環(huán)系統(tǒng)，模擬平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)中陀螺儀的使用環(huán)境，適合于測定陀螺儀漂移的長期性能。1、基本測試原理 伺服轉(zhuǎn)臺(tái)測試2

9、0二、陀螺儀靜態(tài)誤差的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)測試 2、基本測試關(guān)系伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角速率關(guān)系 是伺服轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)于基座轉(zhuǎn)過的角度讀數(shù)除以時(shí)間的平均轉(zhuǎn)臺(tái)角速率, 是地球自轉(zhuǎn)角速率分量, 是陀螺儀漂移角速率。陀螺儀漂移角速率公式21二、陀螺儀靜態(tài)誤差的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)測試 3、漂移測試方程討論：（1）測試時(shí)間長短（2）對(duì)于低精度陀螺，當(dāng)恰好 ， （3）若陀螺輸入軸不指向極軸22三、加速度計(jì)重力場試驗(yàn) 1、基本測試原理目的：以實(shí)驗(yàn)室當(dāng)?shù)刂亓铀俣仍诩铀俣扔?jì)各軸投影分量作為輸入?yún)⒖剂?，測試加速度計(jì)的基本性能參數(shù)，是最常用、最基本的試驗(yàn)。 局限：在重力場范圍內(nèi)，不能提供輸入范圍大于1g的比力，因此對(duì)加速度計(jì)非線性系數(shù)和交叉耦合系數(shù)的標(biāo)定精度低。 測試工具、安裝方式與電氣連接： 23三、加速度計(jì)重力場試驗(yàn) 1、基本測試原理摘自“石英撓性加速度計(jì)模擬伺服回路設(shè)計(jì)（高雅彪）”24三、加速度計(jì)重力場試驗(yàn) 2、測試方程受力分析： 25三、加速度計(jì)重力場試驗(yàn) 3、數(shù)據(jù)處理分度頭翻滾，360范圍內(nèi)等間隔取點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)通常取為4的倍數(shù)，共測試n組數(shù)據(jù)，簡記由n組測試數(shù)