压电陀螺零偏温度漂移补偿研究

论文摘要

压电陀螺仪是一种重要的惯性器件,在军用航空航天和民用汽车等领域有着广泛的应用。作为惯性测量系统的核心,压电陀螺仪的误差直接影响系统精度和性能。压电陀螺仪的零位易受环境变化的影响,对温度梯度特别敏感,零位输出与温度之间的映射呈非线性关系。本文研究了造成压电陀螺静态零位输出随温度漂移严重的原因,建立压电陀螺误差数学模型,综合运用硬件和软件两种补偿方法进行研究。本文研究工作从以下几个方面展开,研究工作如下:1.介绍压电陀螺传感器的结构和工作原理。从传感器设计入手,分析压电陀螺传感器受温度影响的主要因素。2.研究温控、热敏电阻、硬件和软件补偿方法,分析了各种补偿方法的原理和电路设计。3.设计零偏温度漂移补偿系统,采用硬件电路和软件两种补偿方法。用二极管函数部件进行全温度硬件补偿,分析和推导了四个象限的八种形式;软件建模采用最小二乘估计残差最小方法,在单片机内部完成算法解算。对压电陀螺温度漂移数据采集设计了多通道数据采集与分析系统。数据采集系统硬件由采集控制单元、数字万用表、计算机和直流电源组成;系统软件是基于Visual C++6.0的程序。采集系统中,计算机的并口和采集控制单元进行通道选择,计算机的RS232串口进行通信,Agilent34401A数字万用表进行陀螺的数字化采样。压电陀螺零位随温度变化的非线性关系通过模拟电路和数字化补偿相结合方法实现校准。实验结果表明,该方法能够减少压电陀螺的零位输出误差,提高陀螺的精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 压电陀螺的发展概况
• 1.3 本论文研究的目的和意义
• 1.4 本论文的结构安排
• 第二章 压电陀螺的工作原理及误差分析
• 2.1 压电陀螺的结构和工作原理
• 2.1.1 压电现象和哥氏加速度
• 2.1.2 压电陀螺的工作原理
• 2.1.3 压电陀螺的结构
• 2.1.4 压电陀螺的性能指标
• 2.2 陀螺的数学模型
• 2.2.1 压电陀螺的数学模型
• 2.2.2 陀螺误差数学模型
• 2.2.3 压电陀螺的误差数学模型
• 2.3 压电陀螺的误差源分析
• 2.3.1 机械耦合误差
• 2.3.2 电子回路误差
• 2.3.3 环境温度误差
• 2.4 本章小结
• 第三章 温度补偿方法
• 3.1 温控法
• 3.1.1 正温温控
• 3.1.2 负温温控
• 3.2 热敏电阻补偿
• 3.3 硬件补偿法
• 3.4 软件补偿
• 3.5 本章小结
• 第四章 零偏温度漂移补偿系统设计
• 4.1 二极管函数部件电路
• 4.1.1 温度传感器选用
• 4.1.2 开关二极管
• 4.1.3 非线性网络补偿
• 4.2 数字温度补偿
• 4.2.1 数字化硬件电路
• 4.2.2 数字滤波
• 4.2.3 回归数学模型
• 4.3 数据采集测试系统
• 4.3.1 并串口通讯
• 4.3.1.1 并行接口
• 4.3.1.2 RS-232 串口
• 4.3.2 多路数据采集与分析系统的设计
• 4.3.2.1 数据采集系统原理
• 4.3.2.2 数据采集硬件设计
• 4.3.2.3 数据采集软件设计
• 4.3.2.4 压电陀螺测试
• 4.4 压电陀螺补偿分析
• 4.4.1 非线性网络补偿分析
• 4.4.2 数字温度补偿分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录