双加计与MEMS速率陀螺仪融合的滚转角测量算法

为了解决高旋弹丸滚转角测量精度的问题.采用Kalman滤波对加速度计法和微机电速率陀螺进行数据融合,利用双加速度计测量弹丸的转角,对加速度计进行低通滤波,得到加速度计的离心加速度,通过补偿离心加速度得到重力加速度的投影,建立Kalman滤波的观测方程;通过微机电陀螺仪得到弹丸的转角速率,建立了Kalman滤波的状态方程.在计算机通过对弹体滚转角进行Kalman滤波仿真.仿真结果表明:转速测量存在系统误差(偏置)和随机噪声,且双加速度计转角的测量误差均值为20°,经过Kalman滤波最后误差收敛在3°,且不存在累积误差.     

基于MCU的加速度计线性误差补偿方法

为了提高加速度计的线性度,实现对加速度的精确测量,采用MCU(单片机)系统.在建立加速度计线性误差数学模型的基础上,给出了利用MCU软件实现线性补偿的方法,并在硅桥式半导体加速度计上进行应用,结果表明加速度计的线性度提高了一个数量级,因此采用MCU实现加速度计的线性补偿是非常有效的.     

全伺服横走式注塑机械手的静态位姿误差分析和误差补偿

随着注塑成型的广泛应用,注塑机械手的应用范围也越来越广,主要包括模内外取件、取出产品后自动包装和模内埋入嵌件等.其中用于模内埋入嵌件的注塑机械手的定位精度要求较高,首先采用矩阵微分法建立静态误差模型,对全伺服注塑机械手进行静态位姿误差分析,得出注塑机械手的末端静态位姿误差与机械手的结构参数和运动变量之间的关系;然后利用摄动误差补偿法对机械手进行误差补偿,消除或减轻机械手末端的位姿误差,提高机械手末端执行器的定位精度.     

工业机器人自动钻孔及锪窝一体化加工

为了提高工业机器人制孔的位姿精度,控制锪窝深度误差,利用激光跟踪仪跟踪机器人位姿,获得位姿偏差,并对机器人位姿偏差进行补偿,提高机器人制孔的位姿精度;利用光栅尺构成闭环控制系统,将制孔过程中机器人与工件变形引起的误差补偿到制孔刀具的进刀位置,从而保证埋头螺栓孔的锪窝深度.采用该跟踪、补偿系统在平面试验件和曲面试验件上进行了工业机器人制孔位置精度和锪窝深度补偿加工试验.结果表明,机器人的位置精度和角度精度达到0.05 mm和0.05°,锪窝深度误差控制在0.03 mm以内.     

MEMS惯性测量组件的温度误差补偿模型研究

为了减少温度对MEMS惯性测量组件测量精度的影响,将MEMS加速度计、陀螺的零偏和标度因数统一进行温度建模,再用非线性回归法辨识出模型中的各项参数,然后采用逐步回归分析法对模型进行优化,对优化的模型方程和方程中各系数做进一步的显著性检验.对比温度误差补偿前后的试验结果表明,经过补偿后的加速度计和陀螺在全温范围内误差分别保持在10mg和0.04(°)/s以内,尤其是低温时补偿效果明显,最大约10倍,验证了温度误差补偿方法的有效性.采用该补偿方法,能有效降低温度的非线性对精度的影响,从而提高全温范围的测量精度.     

大失准角传递对准杆臂效应影响研究

从舰船舰载机惯导系统传递对准实际需要出发,针对刚性舰船载体分析杆臂效应对子惯导系统速度、加速度(比力)影响,在大角度失准角情形下引入标称失准角和计算失准角概念构建传递对准速度姿态匹配非线性误差模型,对系统误差模型展开状态参数估计研究,通过比较研究杆臂矢量对子惯导系统失准角估计误差及其对准精度的影响以及不同初始杆臂矢量对标称失准角估计误差及其精度影响情况,验证本模型在舰船舰载机惯导系统海上对准有效性及其对准精度.     

一种在摇摆基座上补偿平台干扰加速度的有效方案

在大角度摇摆的基座上,向心加速度是平台调平或惯导系统实现初始对准的主要干扰因素。为了解决问题,很多都采用诸如平移减震支承、陀螺架修正装置、接近84.4min舒勒振荡周期的弱阻尼调平回路等;但是,对杆臂效应所引起干扰加速度的补偿效果仍不能令人满意,尤其对于有些惯导系统,使对准时间长达24h;或对使用环境提出限制,如风速或干扰较大就不允许进行初始对准。本文提出一种根据载体摇摆角速率和平台姿态角变化信号,按动力学原理对干扰加速度进行补偿的有效方案,较好地解决了上述问题。理论分析和模拟计算结果表明:利用现有误差为0.1%的角速率陀螺和误差≯1.5′的姿态角传感器,在摇摆角速率约50°/s、摇摆角幅值≯±20°的条件下,即可保证干扰加速度的补偿误差≤1×10~(-4)g。     

对接机构运动模拟器的精度分析

为了探讨对接机构运动模拟器的机构原始误差和对接过程误差引起的位姿偏差,根据对接机构运动模拟器的结构求出运动学方程,依据矩阵全微分理论,建立了机构原始误差与对接机构运动模拟器的位姿误差模型.利用蒙特卡洛方法模拟具有任意概率分布的机构原始误差,抽样计算对接机构运动模拟器的位姿误差,然后对对接机构运动模拟器的位姿精度进行了分析,给出了在其可达工作空间内的概率等高线、概率密度函数和统计数字特征.这些分析结果为对接机构运动模拟器的精度设计、标定和误差补偿提供了方向性的指导.     

精密装配用并联机器人标定及机构误差分析

为了提高手机摄像头的装配精度,设计开发一款用于精密装配的小型并联机器人,并对机器人进行标定以及机构误差分析.用数值方法推导机器人的正逆运动学模型和误差模型,并探讨机器人运动学模型和误差补偿模型衔接的问题;设计在桥式三座标测量机上进行测量标定的方法,并对机器人进行标定实验;从机构角度对机器人的间隙误差来源进行分析,分析机器人构型对间隙误差的约束,并对机器人进行重复定位精度测试.经过标定及机构误差控制,机器人位姿坐标的最大位移误差由0.345 9 mm降为0.012 1 mm,最大转角误差由0.007 3 rad降为0.001 1 rad,重复定位精度为0.004 8 mm.实验结果表明该标定方法及机构误差分析方法能有效提高机器人的精度.     

基于区间分析的一类三转动自由度并联机构的精度设计(邀请论文)

面向大型结构件调姿、天线跟踪及快速定位等应用需求,研究三转动自由度并联机构3-PSUS的精度设计方法.首先,利用螺旋理论建立该机构的误差映射模型,并将影响机构末端姿态精度的几何误差分离为可补偿误差与不可补偿误差2类.其次,借助区间分析理论,提出不可补偿误差的灵敏度指标,并通过全域灵敏度分析揭示各项不可补偿误差对机构末端姿态精度的影响规律.然后,以灵敏度指标值为分配权重,建立各项不可补偿误差的优化分配模型,在给定精度约束下,借助遗传算法将难以实现的不可补偿误差的公差值松弛至最大可行区间.最后,通过蒙特卡洛仿真验证了所提出精度设计方法的有效性.     

Accelerometer error estimation and compensation for three-axis gyro-stabilized camera mount based on proportional multiple-integral observer

This paper deals with the problem of accelerometer error estimation and compensation for a three-axis gyro-stabilized camera mount. In a dynamic environment, the aircraft motion acceleration affects the accelerometer output and causes a degradation of attitude steady accuracy. In order to improve control accuracy, this paper proposes a proportional multiple-integral observerbased control strategy to estimate and compensate the accelerometer error. The basic idea of this paper is to approximate the error property by using a q-order polynomial function and extend the error and its derivatives as augmented states. Then a proportional multiple-integral observer is developed to estimate the error, with which the relationship between the error and the imbalance torque is formulated. The estimated value is compared to an angle threshold, the result of which is used to compensate the accelerometer output. Through static and vehicle-mounted experiments, it is demonstrated that compared with the traditional method, the proposed method can improve the attitude steady accuracy effectively.     

改进的传感器神经网络逆动态补偿算法

针对神经网络逆动态补偿策略中基于向后差分的微分估计算法在噪声环境下存在较大的微分估计误差,且提高估计精度会增加硬件成本等缺陷,提出了改进的微分估计算法,并以加速度传感器为例,设计了动态补偿实验装置,给出了基于改进的微分估计算法的动态补偿算法的实现步骤。改进的微分估计算法,采用低通滤波器以去除高频噪声对微分的影响。实验结果验证该方法能明显改进和提高加速度传感器的动态性能,实现对脉冲力的高精度重构。     

考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法

为解决动态环境下无人机导航系统姿态估计易受传感器噪声和运动加速度干扰的难题,提出一种考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法。首先,建立运动加速度估计模型,根据基于卡尔曼滤波的加速度误差模型和由外部传感器提供的速度信息实现对运动加速度的精确估计,利用运动加速度估计模型获得的运动加速度对加速度计的原始值进行修正,降低动态环境下运动加速度对姿态估计的干扰。随后,搭建基于互补滤波的姿态估计模型,利用磁力计信息和修正后加速度信息构建陀螺仪修正量,对陀螺仪原始值进行修正,设计互补滤波器滤除来自加速度计和磁力计的高频噪声和来自陀螺仪的低频噪声,避免传感器噪声信号对姿态估计的干扰。最后,利用无人机试飞过程中采集的传感器信息对该算法进行实验验证。实验结果表明,该算法可以精确估计无人机机动过程中所产生的运动加速度,有效减弱传感器噪声和运动加速度对姿态估计的干扰,该算法显著提高了无人机导航系统在动态环境下姿态估计的精度和抗干扰能力。     

Two algorithms of working acceleration generated by a precision centrifuge with two rotating axes

ingtheacceleration,theshortcomingofRef.[1]ispointedout.1CreationofCoordinateSystems Thecreationprocessofcoordinatesystemsona centrifugewithtworotatingaxesisshowninFig.1.Fig.1Thecreationprocessofcoordinatesystemsonthe precisioncentrifuge TheMainaxiscoordin…     

一种自适应混合滤波姿态解算算法

针对低成本惯性测量器件采用基于滤波的姿态解算算法存在精度低、抗干扰性差等问题,提出了一种基于共轭梯度法与互补滤波相融合的自适应参数调节的混合滤波算法.该算法首先利用共轭梯度算法对加速度计和磁力计的数据进行姿态四元数的迭代估算,再通过互补滤波算法将陀螺仪更新的姿态与其进行信息融合,最后根据载体的运动状态自适应调节滤波参数,实现最优姿态估计.为验证所提算法的可行性和抗干扰性,与其他滤波融合算法在移动机器人平台上进行抗磁干扰和抗运动加速度干扰实验.实验结果表明,该算法可以有效地降低磁干扰和运动加速度干扰对姿态角解算的影响,其姿态角解算精度优于传统的梯度下降法、高斯牛顿法和共轭梯度法的滤波融合算法.     

实现加速度补偿的数字多卜勒滤波技术

文中讨论了有加速度补偿的目标多卜勒滤波处理和多卜勒谱分析技术，给出了炮弹飞行目标多卜勒速度分辨的分析实例和模拟结果，并简单讨论了实现实时处理的方法．     

一种用于人体运动捕获的自适应混合滤波融合算法

针对基于惯性传感器的人体运动捕获系统存在陀螺漂移和噪声干扰等问题,提出一种多元传感器信息融合的自适应混合滤波融合算法。算法首先利用快速高斯牛顿法对加速度计和磁力计数据进行姿态信息迭代估算,用四元数将参考坐标系中的加速度和磁场强度分量转换到载体坐标中,将转换后的值与当前时刻测量值的差值代入高斯牛顿迭代算法中用于四元数的实时值估计,通过确定搜索步长的最优值来缩短迭代次数,提高算法收敛速度。设计自适应的互补滤波器将高斯牛顿法解算的姿态信息作为观测矢量对陀螺漂移进行补偿,分别使用高通滤波器和低通滤波器处理陀螺仪数据和高斯牛顿算法优化过后的加速度计、磁力计数据。在互补滤波器中引入重力矢量及地磁参考矢量自适应调节滤波器参数用于实时调整不同算法的权重大小,融合后输出最终的姿态信息,实现最优估计。进行实验对比分析本算法和其他算法融合效果,结果表明,本算法有效降低陀螺累积误差、线性加速度及磁场对解算精度的干扰,磁干扰状态下误差为0.94 °,自由运动状态下误差为1 °。对比扩展卡尔曼滤波融合算法,本文算法执行时间缩短25 %,有效提升了运动捕获系统的性能。     

A new compensation method for angular rate estimation of non-gyro inertial measurement unit

A new compensation method for angular rate estimation of non-gyro inertial measurement unit (NGIMU) is proposed in terms of the existence of accelerometer mounting error, which seriously affects the precision of navigation parameter estimation. Using the accelerometer output error function, the algorithm compensates the posture parameters in the traditional algorithm of angular rate estimation to reduce the accelerometer mounting error. According to the traditional accelerometer configurations, a novel nine-accelerometer confi-guration of NGIMU is presented with its mathematic model constructed. The semi-hardware simulations of the proposed algorithm are investigated based on the presented NGIMU configuration, and the results show the effectivity of the new algorithm.     

基于压电式加速度计的冲击加速度测量方法研究

本测量系统基于压电式加速度计灵敏度高、频率范围宽等优点和用户的实际需求,提出了新的设计方案,可以满足用户对冲击加速度的测试精度要求,对系统中冲击加速度进行测量及误差分析。