基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

惯性开关是一种感受惯性加速度,执行开关机械动作的精密惯性装置.选用典型的"弹簧-质量-阻尼"结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1gn～30gn)微惯性开关.惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成,采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析.采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀...     

基于OSG惯性平台运动仿真系统的研究与应用

为了可视化仿真惯性平台初始对准过程和运动规律,利用实时建模工具MultiGen Creator（Creator）建立了惯性平台的模型,并采用渲染引擎OpenSceneGraph（OSG）进行驱动渲染,实现了一个惯性平台运动仿真系统。根据惯性平台运动方程输入激励,运行结果表明,所建立的仿真系统能够完整演示惯性平台初始对准过程和运动规律,三维显示效果逼真度高,且能实时响应用户操作。     

阵列式MEMS惯性传感器及噪声抑制研究

针对惯导系统中MEMS惯性传感器随机噪声较大的问题,本文利用MEMS惯性传感器体积小的特点,采用32个消 费级MEMS惯性传感器,组成惯性传感器阵列,设计了阵列形式的MEMS惯性传感器测量单元。通过对阵列传感器建模与分析,将32个惯性传感器数据进行数据融合,以此降低消费级MEMS惯性传感器的随机噪声误差与零偏不稳定性。最后利用Allan方差分析了惯性传感器的噪声特性。实验结果表明,在静态状况下,阵列式MEMS惯性传感器有效的抑制了惯性传感器的随机误差,提高了惯性传感器的精度。     

基于RS-232接口技术的惯性仪器标定测试设备

文章介绍了一种基于RS-232总线技术的惯性仪器标定测试设备的设计与实现。惯性仪器是导弹武器系统的敏感测量元件,在使用前需要进行标定测试,以确保仪表合格和性能稳定。本文介绍了惯性仪器标定测试设备的设计与软件编程实现,它采用RS-232总线技术和Visual Basic编程,能同时测量多块惯性仪,完成惯性仪表的各种试验和性能标定测试,测试数据自动存入数据库自动管理。     

粒子群优化算法在函数优化中的应用及参数分析

为了更深入地分析探讨粒子群优化算法的性能,采用两种基本改进策略在MATLAB 7.0中对几个典型测试函数的优化问题进行了实验,即单独采用线性递减惯性权重策略以及在其基础上再加入收缩因子法,给出了这两种策略下函数的在线性能、离线性能变化图。为指导参数选取,用图示方式给出了不同参数组合对收敛性的影响。结论是：采用线性递减惯性权重策略加上收缩因子法比单独采用线性递减惯性权重策略的收敛性能好。若取固定惯性权重w,则w越小,收敛速度越快。     

基于ARMA的微惯性传感器随机误差建模方法

针对微惯性传感器随机误差建模效果不理想,影响微惯性组合导航系统性能的问题,提出了采用自回归滑动平均(ARMA)对微惯性传感器随机误差进行建模的方法。通过对随机误差模型应用于微惯性器件误差建模的深入分析,将Yule-Walker方程引入线性预测问题中,实现AR功率谱密度的估计,建立了基于随机过程有理功率谱密度的ARMA模型建立方法,并给出了ARMA建模准确性的LDA验证准则。通过微惯性传感器实测数据,对随机误差建模方法进行了有效性验证。该方法为微惯性器件的随机误差建模和分析提供了一种新的途径。     

带有未知参数的惯性轮摆系统的自适应控制

针对带有未知参数的惯性轮摆系统,提出了一种自适应控制律设计方法。首先利用坐标变换将惯性轮摆系统的动力学模型转化为级联系统的形式。然后,针对系统参数未知的问题,在已有的惯性轮摆系统反馈控制律的基础上,利用控制器迭代设计思想,设计了惯性轮摆系统的自适应控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了所得自适应控制律可以使得带有未知参数的惯性轮摆系统保持在摆杆垂直向上的平衡状态。最后以一个实际的惯性轮摆系统为例,采用该系统的物理参数进行仿真,分析了不同自适应参数下惯性轮摆系统各状态的收敛速度及摆起和稳定时间。仿真结果验证了所设计自适应控制器能够使惯性轮摆系统从垂直向下的平衡位置摆起并稳定在垂直向上的平衡位置。     

基于MEMS和CORTEX-M3的微惯性测量单元研制

从工程实际出发,给出了一种基于新型Cortex-M3内核ARM和MEMS惯性传感器的低成本、高性能微型惯性测量单元的结构框架。详细介绍了采用三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻传感器研制的微惯性测量单元硬件设计方案,分析了陀螺和加速度计的信号噪声,利用均值滤波法对信号进行预处理,对预处理后的信号采用FIR滤波器进行滤波,对陀螺和加速度计进行了标定。该测量单元已应用于某小型无人机的姿态测量,达到预期效果。     

基于ARM的多陀螺融合算法仿真研究

为最大限度地提高导弹捷联惯性测量组合的可靠性和量测精度,提出在捷联惯性测量组合中采用多惯性仪表(陀螺仪、加速度计)进行冗余配置,利用多传感器数据融合算法对冗余量测数据进行处理的组合方案,并在以ARM为核心构建的嵌入式系统仿真平台上对这些数据融合算法进行了仿真试验;仿真结果表明:冗余技术能够有效提高导弹捷联惯性测量组合的可靠性,同时利用多传感器数据融合技术可以明显提高导弹捷联惯性测量组合的精度.     

基于脚部惯性传感数据的人员运动速度识别方法

现有的基于脚部惯性传感数据的人员运动速度估计方法只能对人员低速行走时的速度进行有效的估计。为了采用脚步惯性传感数据识别人员快速行走以及跑步时的速度,该文提出了一种利用单步统计特征进行速度识别的方法。该方法利用脚部惯性传感器对人员在不同速度下运动的惯性数据进行采集,采用峰值检测的方法对数据进行单步划分,最后从单步数据中提取65维统计特征分别采用最小二乘法（LS）、支持向量机（SVM）、K近邻（KNN）、线型贝叶斯正态分类器（LDC）4种常见的机器学习分类方法对人员运动速度进行识别。经实验验证,所建议的方法中采用SVM分类器的识别率高达96.3%,所以采用该方法可以有效的识别人员的运动速度。     

基于北斗/iNEMO惯性模块的机器人运动姿态解算方法

基于北斗/iNEMO惯性模块研究了一种组合式机器人运动姿态测量系统和解算方法。设计了以ARM为核心的嵌入式组合姿态解算平台,通过四元数法和卡尔曼滤波技术,对iNEMO惯性组件测量数据进行融合,进而在高动态环境中实时解算出机器人的运动姿态。同时,以北斗接收机输出的1PPS上升沿脉冲作为数据融合的同步信号,并利用其输出的导航信息辅助iNEMO惯性模块实现精对准。测试结果验证了设计方案的可行性和正确性,为机器人姿态解算提供了一种高精度、高稳定性、小体积、低功耗的解决方案。     

适用于主动式半捷联的伺服电机多级控制调速方法

针对现有捷联式惯性测量技术存在的被测载体在高自旋运动环境下姿态测量精度低的问题,提出了半捷联惯性测量的概念、原理和主动式半捷联惯性测量的实现方法,同时针对主动式半捷联惯性测量系统中对电机转速较高的控制要求,提出了适用于伺服电机速度调节的多级控制策略.通过测速陀螺输出补偿系统、转速复合测量系统、智能修改PID参数系统、高动态响应电机驱动执行系统等具体控制方法的实施,实现了对电机转速的精确控制,有效地抑制了被测载体高自旋对惯性系统姿态测量精度的影响,具有一定的工程应用价值.     

基于UM6惯导模块的四旋翼飞行器姿态控制

针对目前四旋翼飞行器姿态控制过程中姿态解算精度不高的问题,选用成本低、精度相对较高的UM6-LT惯导模块,该模块内置嵌入式ARM处理器,直接通过数字接口输出姿态角。首先分别在电机静止和转动状态下测试了该模块的稳定精度,其次通过协方差调节其内置的扩展卡尔曼滤波器参数。最后结合XBee无线传输模块,使用PID算法,在X650value实验平台下进行飞行试验。结果表明,UM6-LT惯导模块的姿态解算精度可以满足四旋翼飞行器姿态控制要求。     

基于OMAP的MINS/GPS组合导航系统设计

为了满足某型号微小型组合导航系统对体积、功耗、成本等性能指标的要求,提出采用AD公司的ADIS16364 MIMU以及TI公司的双核处理器OMAP3530设计组合导航系统.由于MIMU精度不高,无法实现自对准,所以系统采用电子罗盘辅助它完成初始化对准.初始化对准后对准误差较大,无法采用传统的卡尔曼滤波线性滤波方法,所以...     

微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究

针对微惯性测量单元(MIMU)小体积、低功耗、低成本、高实时性的应用需求,设计了一种基于ARM和MEMS惯性器件的MIMU系统,并根据实验中得到的惯性器件的误差特性建立了一种惯性器件误差补偿模型,然后在硬件系统上进行了实验验证.利用该模型对惯性器件测量结果进行修正,可以有效抑制误差,提高MIMU的测量精度.整个系统能满足使用精度要求.     

基于MEMS的可穿戴无线体域网设计与实现

针对高精度低成本可穿戴式人体动作捕捉,采用MEMS微惯性传感单元(IMU)设计实现无线体域网系统.系统由六轴微惯性单元MPU-6050、三轴地磁仪AK8975、微处理器及射频模块CC2530构成.首先,详细讨论系统硬件构架和基于Z-Stack的软件构架,然后通过上位机Matlab用户程序进行数据采集与实验验证.实验结果表明,与其他微惯性传感器系统相比,本设计采用高集成度的芯片和无线通信方式,在减小硬件体积的同时能够获得较高精度的数据(角度传感器零漂＜1.5°),对实现可穿戴无线惯性测量有着积极的作用.     

基于多传感信息融合的轨道线形检测

多传感信息融合是实现轨道线形高精度检测的重要方法,而加速度计和陀螺仪是多传感信息融合中的关键传感器。为了解决加速度计和陀螺仪存在累积误差导致测量精度较低的问题,提出一种基于多传感信息融合的轨道线形检测方法。基于捷联惯性系统和双目视觉的测量原理,建立了双目视觉与惯性测量结合的多传感数据融合模型,并利用扩展卡尔曼滤波实现了双目视觉、加速度计和陀螺仪测量信息的融合,提高轨道线形检测精度。通过实验进行验证,结果表明：基于多传感信息融合方法的测量精度比惯性测量方法提高了近9倍,且测量所得坐标在三个方向上的最大位移绝对误差不超过0.536mm,可有效实现高精度轨道线形检测。     

INS algorithm using quaternion model for low cost IMU

This paper presents a generic inertial navigation system (INS) error propagation model that does not rely on small misalignment angles assumption. The modelling uses quaternions in the computer frame approach. Based on this model, an INS algorithm is developed for low cost inertial measurement unit (IMU) to solve the initial attitudes uncertainty using in-motion alignment. The distribution approximation filter (DAF) is used to implement the non-linear data fusion algorithm.     

无陀螺微惯性测量装置

首先简要介绍了惯性测量装置及微惯性测量装置的特点及分类,指出了采用无陀螺技术设计微惯性测量装置的优势。并介绍了国内外无陀螺测量技术发展状况,提出了一种新颖的结构设计,推导了导航方程的算法,利用了多传感器的冗余信息对算法进行优化,降低了求解微分方程的累积误差,提高了无陀螺微惯性测量组合的导航精度,最后进行了仿真计算,验证了该方案的可行性。     

一种新型高旋弹体滚转角测量系统

利用常规方法直接测量高速旋转弹体的滚转角测量精度较低,针对该问题,提出了一种基于微惯性测量组合(MIMU)与光电编码器综合测试的弹体滚转角测量系统.通过MIMU实时测量半捷联惯性测量平台内筒的姿态信息,利用光电编码器测量半捷联惯性测量平台内筒与弹体之间的相对转角,采用FPGA作为主控芯片来实现弹载环境下光电编码器输出脉冲的抗抖动干扰设计,结合MIMU数据,实现了弹体滚转角的准确测量.经试验验证,该系统能够完整有效地记录弹体滚转角信息,测量精度稳定在3°以内.