MEMS惯性测量组合初始标定方法研究

为了降低MEMS惯性测量组合(IMU)的测试成本,提出一种借助于机器视觉技术标定MEMS惯性测量组合的方法.综合考虑了3个加速度计和3个陀螺仪的标定因数、零偏误差和安装方位误差因素的影响,建立了IMU数学模型.在外力的推动下,悬挂于2个屏幕之间的IMU作不规则运动,安装在IMU上的2根准直激光束在屏幕上生成4个指示光斑.借助于双目三维重构技术测量指示光斑在世界坐标系内的坐标,然后应用欧拉角算法确定载体坐标系相对于世界坐标系的旋转角速度向量和线加速度向量.求解IMU数学模型,确定模型中的待定参数.实验结果表明:该文给出的方法可以准确测量载体坐标系相对于世界坐标系的旋转角速度向量和线加速度向量.     

惯性测量组件离心机标定及误差分析方法

针对传统惯性测量组件(IMU)标定方法不能根据加速度计测量量程提供足够大的信号激励,并且现有离心机标定方法未考虑IMU在离心机上的安装位置偏差的问题,提出了一种基于离心机的IMU标定及误差分析方法. 将IMU按照6个基准位置安装于离心机上,通过离心机在水平面内旋转,为IMU提供角速度激励和加速度激励. 通过对IMU的输出进行旋转积分,可以消除地球自转以及离心机不水平带来的谐波影响,获得IMU的输出方程. 在不考虑IMU在离心机上安装的位置偏差角的情况下,采用线性最小二乘法求解;在考虑IMU偏差角的情况下,采用牛顿法求解,可以标定出IMU的标度因数、安装误差、零偏、IMU偏差角等共计27个误差系数. 建立了标定方案中的离心机控制模型和误差传播模型,并对模型进行了仿真验证. 仿真试验表明,该标定方法步骤简单,输入激励可调,标定结果误差可控.      

光纤捷联惯性测量组件在无安装基准时标定方法

为了提高光纤捷联惯性测量组件(IMU)在没有安装基准时的标定精度,推导IMU在存在安装误差时的精确测量模型,采用粗、精两级结合标定的方法进行标定. 粗标定采用传统的6位置标定编排,精标定按回归D最优原理设计了试验编排方案,并对测量模型参数进行带约束条件寻优,以粗标定的结果为寻优时的初值. 实验结果表明,该方法能准确估计出IMU在转台上的安装误差角及测量模型中的各参数项,达到了IMU安装时不需要调平和对准也能实现精确标定的目的. 经多次重复实验发现,"30位置"标定编排拟合误差最小,复相关系数最大,可作为系统的最佳标定方案.     

基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法

快速准确测量运动目标的姿态,在航天航空、机器人等领域应用广泛.针对惯性姿态测量速度快但精度不足而视觉姿态测量精度高但速度慢的特点,提出了一种基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法.IMU姿态测量时,使用欧拉角迭代公式解算运动目标的姿态;单目视觉姿态测量时,使用POSIT算法求解被测目标的姿态;再使用H?滤波器融合两者的测量结果;用融合结果与惯性测量结果的差值修正并更新漂移误差曲线.根据被测目标的两组匀速转动信息,提出了双矢量正交化标定法标定IMU坐标系到目标坐标系的旋转矩阵;根据单目视觉采集的3幅图像信息,提出了三图快速标定法标定靶标坐标系到目标坐标系的旋转矩阵.实验表明,提出的姿态测量方法能实现快速姿态测量,测量精度高.     

一种新的捷联惯导系统动基座对准中的可观测性分析法

以惯性坐标系为导航坐标系,建立了捷联惯性导航系统动基座对准的误差模型.利用分段定常系统可观测性分析方法对系统动基座对准时的可观测性进行了全面分析,定性地得出了载体不同运动对系统可观测性的影响.分析结果表明,在动基座对准过程中,不同于传统的以地理坐标系为导航坐标系,惯性坐标系具有简化分析过程、利于定轨等优点,且无论载体是线运动还是角运动,在一定条件下都能提高系统的可观测性,进而提高卡尔曼滤波器的估计精度和速度.在以惯性坐标系为导航坐标系的捷联惯性导航系统动基座对准过程中,采用卡尔曼滤波方法,基于具体试验数据,对失准角进行了估计,给出了仿真曲线,验证了分析结论.     

IMU/计程仪/重力组合导航系统信息融合方法

针对现代战争环境对导航系统高自主性、高隐蔽性的要求,提出了IMU/计程仪/重力无源组合导航方式.深入研究了IMU/计程仪/重力组合导航系统的信息融合方法,设计了该系统的工作模式.采用扩展卡尔曼滤波进行各传感器信息的融合.根据导航系统对实时性的要求,建立了系统的低阶误差状态方程;将厄特弗斯效应的影响考虑到滤波器设计中,建立了系统的重力观测方程;将计程仪的速度与惯性速度进行融合,建立了系统的速度观测方程;在不增加系统成本的条件下,进一步利用加速度计输出估计水平姿态,建立了系统的姿态观测方程.在此基础上,设计了相应的信息融合策略.实际系统的机载试验结果表明,IMU/计程仪/重力组合导航系统算法正确、性能良好,可以有效地控制惯导系统位置和速度误差的累积,满足长时间一定精度的导航要求.     

室内移动机器人的视觉惯性组合定位研究

针对在室内环境下移动机器人无法利用全球定位系统(global positioning system,GPS)进行精确的定位问题,提出一种紧耦合的视觉惯性组合定位方法,运用了预积分、联合初始化、边缘化等关键技术,并提出一种新的基于Vicon的惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)内参标定方法.通过EuRoc数据集实验,验证了新的标定方法能提供鲁棒的IMU内参初值;模拟室内场景的测试结果表明,定位结果具有很高的准确性与稳定性,定位误差可控制在0.1 m以内.     

基于四元数的MARG传感器姿态测量算法

陀螺仪的漂移、载体的线性加速度和周围局部磁场的干扰是制约MARG传感器姿态测量精度的主要问题,传统的方法利用滤波算法和零速修正技术来减小姿态测量误差。该文基于已有的惯性测量单元,设计了一个基于四元数的扩展Kalman滤波器,通过建立MARG传感器模型,引入传感器偏差补偿和自适应的测量噪声协方差矩阵构造方法来提高姿态测量精度,减小载体线性加速度和周围局部磁场的干扰,实现三自由度的姿态测量。基于惯性测量单元(IMU)的实验结果表明了本文所提算法能显著提高姿态测量精度。     

基于C8051F060和VB的电涡流传感器静标定系统

针对目前电涡流传感器出厂的检测和标定全是由人工来进行,位移和输出电压信号都是靠人工读取,不可避免人工误差、不能获得连续曲线、无法确定具体零点位置等缺点,给出了基于C8051F060单片机和VB的电涡流传感器静标定系统的设计.该系统主要由下位机、上位机、静标台、步进电机和打印机等组成.下位机行程控制及数据采集程序由汇编语言开发,上位机数据接受及处理软件由VB编写;给出了系统的硬件结构框图和软件流程框图.与传统人工采集方法相比,该系统实现了标定过程的自动化,具有精度高、结构简单、操作灵活等特点.实际运行结果表明,该系统运行可靠,精确度和稳定性均达到了设计要求.     

光纤陀螺惯性测量单元数据采集系统设计

为了满足捷联惯性导航系统对惯性测量单元低成本、小体积、高速率等要求,提出了一种捷联式惯性测量单元的设计与实现方法。该系统以开环光纤陀螺和硅微加速度计作为惯性敏感元件,采用高速DSP作为中央处理器实现数据采集、处理及输出,重点介绍了系统的数据采集模块、处理模块、通讯模块等硬件电路及相应软件的设计。系统中选取了高性能的集成电路芯片,在DSP的基础上进行了简易可靠的接口电路设计和在线误差校正,试验结果表明该信号采集系统能满足捷联惯性导航系统的技术要求。     

低频楼梯压电发电装置的数学模型和实验

 为收集和利用密集人群对楼梯的踩踏能量,设计了一种基于低频的新型楼梯压电发电装置,基于RLC 等效内阻建立了该装置的发电电路和数学模型;利用搭建的振动实验平台,对等效电路和数学模型进行实验验证。结果表明,在低频条件下,激励位移越大,频率越小,该压电发电装置输出的电能越大;压电发电单元的实验输出电压为电路中等效电阻Z₂的电压,利用数学模型计算得到的理想电压源电压是实验空载电压的2.64~2.88 倍;通过对实验数据的分析计算,得到了与理论计算电压变化规律相一致的实验电压源电压,两者最大误差为7.1%,验证了该压电发电单元等效发电电路和数学模型的正确性。     

基于信号小波预处理的继电保护仿真实验平台

针对传统继电保护教学实验仪器功能单一、造价昂贵等常见问题,设计了基于计算机MATLAB软件和数模转换输出硬件系统的继电保护仿真实验平台。依靠MATALB强大的仿真运算和程序处理功能,通过高性能的数/模(digital/analog,D/A)转换模块和功率放大电路,将灵活的电网模型仿真模拟量传送到待测继电保护设备中,并将设备动作信号收集并反馈;为解决仿真算法引入的系统外部误差,设计了基于小波理论的信号重构方法,使信号稳定的进行转换和输出。通过仿真实验对比,在消除解法器引入的误差时,所提方法明显优于常用滤波方法。最后通过实际微机保护测试实验验证了该实验平台的可行性。     

基于四位置转位法实现激光捷联惯性测量组合标定

分析了激光陀螺仪和加速度计的误差补偿模型以及激光捷联惯性测量组合的误差补偿方法,基于四位置转位法实现了激光捷联惯性测量组合在双轴位置转台上的误差参数标定,标定结果表明,该方法能够保证激光捷联惯性测量组合的误差参数标定精度,并且具有对标定设备要求低、转动位置少、操作简单等优点,具有一定的工程应用价值。     

基于数据融合的全舰统一姿态基准测量系统

为测量大型舰船甲板的变形,对甲板变形引起的局部姿态误差进行补偿,设计了基于多IMU数据融合的全舰统一姿态基准测量系统．提出了甲板变形测量方法,建立了IMU布局优化数学模型,并运用遗传算法对IMU的布局进行了优化求解．仿真结果表明,建立全舰统一姿态基准测量系统是测量舰船甲板变形的有效办法,利用布局优化后IMU的输出信息进行全舰甲板变形估计,估计精度优于2.3arcmin,并能减少舰载武器系统所需IMU的数量．     

基于可编程控制器的分拣装置设计与实现

自动分拣与传统手工分拣相比具有效率高,差错率低,分拣点多,作业无人化等优势,自动分拣装置的控制单元是分拣装置的核心.采用可编程控制器作为分拣装置的控制单元,其适配的输出端口或输出模块可直接驱动执行元件,无需用户自制驱动电路,分拣控制程序编制简单,易于修改,且支持上位机管理.因此,本研究设计并实现了一种以可编程控制器为控制单元的推块式自动分拣装置,实现对铁、铝、蓝色塑料块及白色塑料块4种物料的自动分拣.     

钼粉还原自动化生产线装料称重装置的设计

针对钼粉还原炉自动化生产线的工艺需求,设计了一种装料称重刮平与现场控制为一体的钼粉自动化装料称重装置。详细论述了该装置的机构组成及工作原理,并以ADuC824单片机为主控单元、EPM7128为逻辑信号处理单元构建完整的软硬件测控单元平台,设计制作了相应的部件单元和软件程序,并进行了现场试运行实验。实验结果表明,该称重装置重复性测量精度标准差为1.5 g,最大相对误差为0.11%,达到了钼粉还原炉自动化生产线所要求的称重误差控制要求。     

Delta机构的闭环自标定方法研究

提出了一种无需外部位姿测量设备的Delta 机构闭环自标定方法.该方法用一种简单的锁紧装置依次轮换锁紧机构的某支链平行四边形架,同时将Delta 机构改造成2自由度的空间机构.根据冗余支链的传感器输出与标称模型输出的差别来辨识机构参数误差,并将误差传递雅可比的条件数和奇异值的综合值作为标定点集的选取原则,使标定过程对噪声不敏感,有效地提高了标定的精度.实验研究结果表明, 标定前、后的模型误差最大值的比值为9 6,即机构的精度提高了近10 倍,而重复定位误差小于0 07 mm.     

基于单目视觉的Delta机器人零点标定方法

针对实际工程应用中少自由度高速抓放并联机器人的精度问题,提出了一种基于视觉测量的快速标定方法.以Delta机器人为例,通过系统分析和机构合理简化,建立了零点误差模型.构造出基于单目视觉平面测量的零点误差辨识模型,借助单目视觉仅检测机器人动平台沿水平面运动时末端x、y向的位置误差,识别出零点误差,进而修改零点位置实现末端位置误差补偿.标定实验结果表明该方法简单、有效、实用性强.