Метод калибровки высокоточного МЭМС-гироскопа
Известны ли какие-либо методы калибровки гироскопов МЭМС?
Введение
МЭМС-гироскоп, являясь одним из типичных МЭМС-датчиков, обладает такими преимуществами, как малые размеры, низкая стоимость, низкое энергопотребление и высокая надежность, и является одним из приоритетных направлений исследований в области инерциальной навигации. Из-за механических погрешностей в механической конструкции или в процессе производства почти все МЭМС-гироскопы имеют погрешности измерений, вызванные ускорением, которые называются погрешностями дрейфа, чувствительными к ускорению.
В прошлом, поскольку точность измерений МЭМС-гироскопов невысока, при моделировании большинство из них учитывали только влияние ошибки смещения, неортогональной ошибки и ошибки масштабного коэффициента на точность измерений гироскопа, не принимая во внимание ошибку дрейфа, чувствительную к ускорению. В последние годы благодаря прорыву в области электронного управления, микроструктуры, технологической платформы и технологии комплексного применения МЭМС-гироскопа удалось значительно повысить точность его измерений. Создание выходной модели МЭМС-гироскопа с учетом погрешности дрейфа, чувствительной к ускорению, является важной предпосылкой для повышения точности его измерений и применения в области высокоточной навигации.
Как измерить ускорение гироскопа？
В общем случае гироскоп и акселерометр образуют инерциальный измерительный блок, который измеряет угловую скорость и ускорение. Блок измерения угловой скорости состоит из трех гироскопов, выходная угловая скорость которых содержит неортогональную ошибку и чувствительную к ускорению ошибку дрейфа, связанную с входным ускорением. Метод калибровки неортогональной погрешности МЭМС-гироскопа и погрешности дрейфа, чувствительной к ускорению, подходит для МЭМС-гироскопа, стабильность смещения которого ниже 1°/ч. В процессе калибровки данные об ускорении поступают от акселерометра в инерциальном измерительном блоке, а осевое направление акселерометров совпадает с направлением гироскопов. Поэтому выходные данные акселерометра после коррекции погрешности представляют собой значение ускорения соответствующей оси гироскопа.
Этапы калибровки высокоточного МЭМС-гироскопа
Традиционная калибровка многопозиционного поворотного стола гироскопа учитывает только влияние смещения и неортогональной погрешности. Для калибровки и коррекции чувствительной к ускорению погрешности дрейфа мы разработали схему калибровки 16-позиционного поворотного стола. Калибровка выполняется следующим образом:
1) Поворачиваем внутреннюю и внешнюю рамы двухосевой поворотной платформы так, чтобы ее положения последовательно отображались на рисунке, и собираем данные трехосевого МЭМС-гироскопа и акселерометра для 16 положений поворотной платформы соответственно в статических условиях;
2) Собранные данные гироскопа и акселерометра группируются и затем сглаживаются;
3) Калибровка и компенсация погрешности смещения МЭМС-гироскопа;
4) Одновременно калибруется чувствительная к ускорению ошибка дрейфа и неортогональная ошибка гироскопа.
Гироскопы со стабильностью смещения менее 1°/ч могут быть точно чувствительны к скорости вращения Земли после уменьшения влияния шумов. Поэтому в данной схеме в качестве угловой скорости возбуждения гироскопа будут выбраны компоненты скорости вращения Земли по трем осям.
При регулировке положения поворотного стола нет необходимости собирать данные с гироскопа, поэтому режим вращения поворотного стола не влияет на результаты калибровки. Необходимо только отрегулировать внутреннюю и внешнюю рамы двухосного поворотного стола, чтобы положение поворотного стола повернулось на 16 позиций, как показано на рисунке.
Поскольку необходимо откалибровать коэффициент дрейфа гироскопа, чувствительный к ускорению, необходимо, чтобы на каждый осевой гироскоп действовало не менее двух различных удельных силовых возбуждений в дополнение к более чем двум возбуждениям угловой скорости. В данной статье в качестве ускорения возбуждения гироскопа выбраны -g, 0 и g, а также рассчитаны состояния положения 16 поворотных столов, показанных на рисунке, с учетом достаточности возбуждения и эффективности калибровки.
Сообщений Просмотров: 0
Поделиться статьей