基于温度的挠性陀螺多速率精确标定技术研究

分析了一类智能交通系统(intelligent transportation system,ITS)用挠性陀螺的标度因数与输入角速率和环境温度之间的非线性关系,重点研究了不同环境温度下标度因数的变化规律及其标定问题.充分考虑了输入角速率与环境温度对挠性陀螺标度因数的影响,首次提出了一种基于环境温度的挠性陀螺多速率精确标定与补偿方法,建立了高阶、高次、非线性的标度因数拟合模型.实验研究结果表明,相对现有技术,提出的模型拟合精度较高且应用简便,能够有效地降低温度对标度因数的影响,提高挠性陀螺的温度适应性.     

速率偏频激光陀螺寻北仪标度因数的在线估计

为满足高精度寻北的工程需求,针对激光陀螺内部腔体温度变化和锁区不稳定性等因素会使速率偏频激光陀螺标度因数发生缓慢变化的问题,提出了在线估计标定因数的方法,并研究了速率偏频激光陀螺寻北仪及其标度因数测量误差.首先,通过标度因数实验研究其变化规律;然后,仿真分析了激光陀螺标度因数测量误差对寻北精度的影响;最后,根据陀螺测量...     

光纤陀螺标度因数的精确标定与补偿

根据光纤陀螺信号静态漂移的数学模型，提出了一种选代标定方法，可以精确地补偿光纤陀螺的标度因数和安装偏角误差。考虑光纤陀螺标度因数与温度的非线性关系，采用了BP神经网络进行温度补偿，取得了理想的效果。     

一种改进的IMU无定向动静混合高精度标定方法

本文针对传统的IMU动静混合标定方法中IMU必须精确定向且实验过程复杂的问题,提出了一种改进的IMU无定向动静混合高精度标定方法,该方法仅需测试设备提供水平基准,通过6个位置的十二次旋转实验,即可标定出陀螺标度因数、常值漂移、安装误差、与g有关项和加速度计标度因数、常值偏置、安装误差等全部33个误差系数.实验结果表明,该方法与传统的动静混合高精度标定方法准确度相当,但标定的过程得到了简化,标定效率也得到了大大的提高.     

基于SVM的激光陀螺温度误差建模与补偿方法

激光陀螺误差决定了机载全成孔径雷达(SAR)运动补偿用位置姿态测量系统(POS)的测量精度.针对激光陀螺测量精度受环境温度影响严重的问题进行了研究,分析了激光陀螺的温度误差模型,结合支持向量机SVM的函数拟合功能,提出一种新的陀螺温度误差建模与补偿方法.与基于线性回归以及神经网络的补偿方法相比,该方法具有精度高、泛化能力强等优点.实验结果表明,激光陀螺的温度误差减小约75％,提高了激光陀螺对环境温度的适应能力.     

航空遥感运动补偿用POS高阶误差模型的建立与分析

位置姿态系统(position and orientation system,POS)作为航空遥感中运动补偿的通用载荷,其精度直接影响成像质量.为提高POS的定位定姿精度,在15维传统误差模型的基础上考虑了陀螺和加速度计的刻度因子误差和安装误差的标定残差对POS精度的影响,并使用随机常值、一阶马尔科夫过程表示陀螺随机漂移和加速度计随机偏置,建立了一个39维的高阶误差模型.为了评价该模型的准确性和实用性,将其与其他的误差模型比较,进行了POS与相机的联合飞行实验.实验结果表明,基于39维高阶误差模型的POS精度较其他的误差模型有明显提高.     

面向不动产实地测量系统的光纤陀螺分段标定技术研究

为解决不动产测量问题,针对光纤陀螺标定方案对捷联惯性测量解算的影响,对光纤陀螺分段标定的技术方案进行描述,给出标定具体数学模型,介绍了如何选取最佳标定点,解决了如何处理分段点不连续的问题。最后进行实测数据处理,给出不同标定方案下姿态误差分析,结果显示:分段标定可较大程度减小光纤陀螺标度因数非线性度,能够减小标度因数误差对导航精度的影响,分段标定方案切实可行。     

基于RBF神经网络的数字闭环光纤陀螺温度误差补偿

为了消除数字闭环光纤陀螺温度误差,设计了基于径向基函数（RBF）神经网络的温度误差补偿方案,对该方案所采用的标度因数误差模型和偏置误差模型进行了研究。首先,根据光纤陀螺的温度误差分布情况设计了标度因数误差和偏置误差联合补偿的方案。接着,将基于多尺度分析的噪声和趋势项分离算法应用于建模数据预处理,以提高建模数据准确性。然后,建立了RBF神经网络模型,并改进模型的学习方法以防止网络的过拟合。最后,讨论了模型输入向量对神经网络规模的影响。温度补偿的结果表明：标度因数误差模型的残差均方（RMS）达到0.73 ,偏置误差模型的RMS达到0.051 。该建模方法可以满足中、高精度光纤陀螺实时温度补偿的要求。     

光纤陀螺标度因数测试方法分析

标度因数是光纤陀螺参数测试中重要的测试之一,标度因数的测试精度在导航应用中具有重要意义。通过对角速率法和角增量法两种标度因数测试方法进行理论分析与比较得到,角速率法主要误差来源是安装误差、转台的速率精度等;而角增量法的误差来源则主要是转台的定位精度和转台倾斜等。通过计算两种方法下标度因数的非线性度和不对称度大小来比较标度因数的测试准确度,然后再通过随机位置动态运动实验和导航实验来验证两种方法测得的标度因数精度,最终证明角增量法测得陀螺的标度因数精度优于角速率法测得的标度因数,且比角速率法高1个数量级。     

光纤惯导温度效应误差的高精度综合辨识与补偿

为了提高光纤惯导系统在温变环境中的使用精度,研究了惯性仪表温度效应误差的高精度综合辨识与补偿。首先利用全温范围下系统级标定技术建立了高精度标定参数基准并获得了陀螺和加速度计标度因数与加速度计零偏的温度系数。之后借助工作温度下仪表坐标系与基准温度下本体坐标系间的方向转换,确定了仪表安装误差与本体坐标系随温度的变化关系并修正了温度引起的坐标系间指向误差。在此基础上,给出了陀螺零偏温度漂移的分离与补偿方法。常温静态与变温动态导航试验结果表明,前者定位误差由2 093降至442 m,后者5 h位置精度则提高了接近5倍,显著增强了惯导系统的温度适应性。     

低成本MEMS陀螺仪的复合标定

由于低成本MEMS器件本身具有误差,且初始误差比较大,所以在使用前必须进行标定。在十二位置标定方法的基础上,进行三耦合方位动态实验,标定MIMU陀螺仪的零偏、刻度因数、安装误差系数和与角速度耦合二次有关项系数。将该方法应用于实验室自制MIMU的标定中,标定结果与MTI计进行对比,验证了该标定方法的可行性。     

基于改进扩展状态观测器的四旋翼无人机轨迹鲁棒跟踪控制

针对四旋翼无人机在轨迹跟踪过程中会受到内外部扰动、模型误差等不确定性因素的影响,本文提出了一种基于改进型扩展状态观测器的积分滑模控制方案。具体来讲,首先,将四旋翼无人机系统存在的模型误差以及内外部扰动等不确定性因素视作集总干扰,通过借鉴的改进扩展状态观测器对其进行观测;进而,在此基础上,进一步考虑四旋翼无人机系统控制的连续性,基于四旋翼无人机轨迹误差、速度误差、姿态角误差和姿态角速度误差设计积分滑模控制器,分析了系统的稳定性并分别进行了数值仿真和实机实验。结果表明,采用本文算法时,在数值仿真中,各状态跟踪误差不超过1%,跟踪精度最高;在实机实验中,位置跟踪误差总体上能控制在20%以下。因此,本文方法具备有效性和可行性。     

数控机床几何精度综合解析与试验研究

以对机床精度影响较大的几何误差为对象,通过理论与试验相结合,对其进行较深入的研究。基于多体系统理论,综合考虑各轴定位误差、直线度误差以及角度误差等几何误差元的耦合作用,提出一种机床综合误差建模方法,并在机床坐标系下建立三轴数控机床综合误差模型。通过利用激光干涉仪的大量试验得出定位误差、直线度误差以及角度误差曲线,分析证实定位误差相对于直线度误差和角度误差影响更为显著。以此为基础,进一步研究工作空间综合误差在各轴各误差元耦合作用下的分布和演变规律,发现综合误差在某轴向的分量与该轴的定位误差非常接近,给出定位误差是影响综合误差的决定性因素的结论。机床几何精度的分析对于机床精度补偿方法的选取与运用具有理论和实际意义。     

基于位姿反馈的三臂空间机器人抓捕轨迹规划

以三臂空间机器人为研究对象,针对经历奇异位形时出现的位姿误差问题,提出一种基于位姿误差反馈的轨迹规划算法。根据系统一般运动学方程并结合动量守恒方程建立系统运动学模型,利用位姿期望指令得到误差运动方程。以关节角速度为控制量,设计了基于位姿误差反馈的控制率,使闭环系统的跟踪误差按指数速度收敛。该方法能够减小机器人奇异点邻域内的位姿跟踪误差,且在离开奇异区域后能完全消除误差。仿真结果证明了该方法的有效性。     

三点法中测头角位置的精密测量方法

研究了三点法圆度及轴系误差测量中测头角位置的精密测量方法。设计了能直接测量非接触电容传感器测头实测状态下的角位置的测角系统,提出了克服测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差影响的校正方法。实验表明：采用本文提出的“多刻线”法测角精度优于1′,测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差对测量精度的影响可降致最小。     

Geometric error measurement and compensation for the rotary table of five-axis machine tool with double ballbar

This paper proposes a novel measuring method for geometric error identification of the rotary table on five-axis machine tools by using double ballbar (DBB) as the measuring instrument. This measuring method greatly simplifies the measurement setup, for only a DBB system and a height-adjustable fixture are needed to evaluate simultaneously five errors including one axial error, two radial errors, and two tilt errors caused by the rotary table. Two DBB-measuring paths are designed in different horizontal planes so as to decouple the linear and angular errors. The theoretical measuring patterns caused by different errors are simulated on the basis of the error model. Finally, the proposed method is applied to a vertical five-axis machining center for error measurement and compensation. The experimental results show that this measuring method is quite convenient and effective to identify geometric errors caused by the rotary table on five-axis machine tools.     

A high-precision five-degree-of-freedom measurement system based on laser collimator and interferometry techniques

A novel sensitivity improving method for simultaneously measuring five-degree-of-freedom errors of a moving linear stage is proposed based on collimator and interferometry techniques. The measuring principle and parameters of the system are analyzed theoretically. The experimental results proved that the resolution of the linear displacement of the proposed method has twice that of the current linear interferometer, and the resolutions of the two-dimensional straightness error measurement can be improved by a factor of 8 compared with the movement of the retroreflector itself by using multireflection and lens magnification. The resolutions of the pitch and yaw angular error measurement have been improved by a factor of 10 compared with the rotation of the plane mirror itself by using expander lenses. The whole measuring system is characterized of simple structure, small volume, and high precision. The moving component of the measurement system is wireless, which eliminates the errors and inconvenience introduced by the wire connection. Calibration and comparison tests of this system compared with Renishaw laser interferometer system have been carried out. Experimental results show good consistency for measuring a linear guide way.     

Cascaded Kalman and particle filters for photogrammetry based gyroscope drift and robot attitude estimation

Based on a cascaded Kalman–Particle Filtering, gyroscope drift and robot attitude estimation method is proposed in this paper. Due to noisy and erroneous measurements of MEMS gyroscope, it is combined with Photogrammetry based vision navigation scenario. Quaternions kinematics and robot angular velocity dynamics with augmented drift dynamics of gyroscope are employed as system state space model. Nonlinear attitude kinematics, drift and robot angular movement dynamics each in 3 dimensions result in a nonlinear high dimensional system. To reduce the complexity, we propose a decomposition of system to cascaded subsystems and then design separate cascaded observers. This design leads to an easier tuning and more precise debugging from the perspective of programming and such a setting is well suited for a cooperative modular system with noticeably reduced computation time. Kalman Filtering (KF) is employed for the linear and Gaussian subsystem consisting of angular velocity and drift dynamics together with gyroscope measurement. The estimated angular velocity is utilized as input of the second Particle Filtering (PF) based observer in two scenarios of stochastic and deterministic inputs. Simulation results are provided to show the efficiency of the proposed method. Moreover, the experimental results based on data from a 3D MEMS IMU and a 3D camera system are used to demonstrate the efficiency of the method.