陀螺加速度计在精密离心机上的测试误差分析

论文摘要

陀螺加速度计广泛应用于战略导弹制导中,其模型系数的标定精度直接影响到导弹的导航精度,高精度的陀螺加速度计的高阶非线性误差模型系数通常要在精密离心机上进行标定。因此分析精密离心机本身误差对陀螺加速度计模型系数标定精度的影响有一定的理论意义和重要实用价值。本文推导了在考虑陀螺加速度计内外框架不垂直度情况下的误差模型方程。误差系数包括静态误差系数、动态误差系数和混合误差系数,他们均具有明确的物理意义,为进一步改善加速度计的制造工艺提供理论依据。以齐次变换为工具,在考虑精密离心机各个环节的位姿误差源的前提下,建立一系列坐标系,推导了被测加速度计坐标系在地理坐标系下的齐次变换阵。根据陀螺加速度计可同时敏感输入轴方向的比力和角速率特性,分别计算了陀螺加速度计在离心机上的比力输入和角速率输入,其中比力输入包括谐波加速度、重力加速度分量和Coriolis加速度三个部分,为设计陀螺加速度计在精密离心机上的标定方法和分析离心机误差对模型系数的影响奠定了基础。在给定一定试验条件的情况下,分析了各个误差源对陀螺加速度计输出计算精度的影响。为了保证陀螺加速度计在进行离心机动态试验时,非线性项误差模型系数标定精度,在1g重力场中,对陀螺加速度计进行了正倒置试验,准确确定其零位偏置和标度因子,为在精密离心机上标定非线性系数打下了基础；在1g重力场下,陀螺加速度计输入轴随方位轴12位置翻转试验,辨识出其二次项模型系数,并对标度因数进行修正；在准确地计算出了陀螺加速度计比力输入以及标定零位偏置和标度因子等的基础上,给出了陀螺加速度计在带有反转平台的离心机上的动态试验方法,采用最小二乘法,将含有离心机位姿误差、Coriolis加速度的陀螺加表模型系数辨识出来,提高了模型系数的标定精度；分别给出了陀螺加速度计二次项和三次项模型系数的辨识方法,最大限度的隔离了其他因素对其标定精度的影响,为分析误差源对加速度计标定误差的贡献奠定了基础。最后,以算例的形式,推导和计算陀螺加表在精密离心机上动态试验中,离心机误差、Coriolis加速度等源对陀螺加速度计的非线性项模型系数的影响,为标定的误差系数进行补偿奠定了基础,也对具有针对性的提高离心机位姿误差的稳定性、测试的准确度提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 陀螺加速度计综述
• 1.2.2 精密离心机综述
• 1.2.3 陀螺加速度表误差标定方法综述
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 陀螺加速度计的基本工作原理及误差模型
• 2.1 引言
• 2.2 摆式积分陀螺加速度计（PIGA）工作原理
• 2.3 陀螺加速度计的误差模型的建立
• 2.3.1 运动学方程的建立
• 2.3.2 动力学方程的建立
• x的分析'>2.3.3 外力矩M_x的分析
• 2.4 陀螺加速度计误差模型的推导
• 2.5 本章小结
• 第3章 精密离心机误差源及对陀螺加速度计输出的影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 带有反转平台精密离心机的比力计算
• 3.2.1 位姿误差源及坐标系的建立
• 3.2.2 谐波加速度计算
• 3.2.3 重力加速度分量计算
• 3.2.4 Coriolis加速度计算
• 3.2.5 陀螺加表的实际加速度输入
• 3.2.6 带有反转平台离心机输入比力特点
• 3.3 输入角速度计算
• 3.4 误差源对陀螺加速度计输出计算的影响
• 3.4.1 半径误差的影响
• 3.4.2 角速度误差的影响
• 3.4.3 位姿误差影响
• 3.4.4 Coriolis加速度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 陀螺加速度计在精密离心机上标定方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 陀螺加速度计在精密离心机上的正倒置试验
• 4.2.1 正倒置试验步骤
• 4.2.2 实验数据处理及分析
• 4.3 陀螺加表在精密离心机上的方位轴12位置试验
• 4.3.1 位置翻转试验的安装与对准
• 4.3.2 陀螺加速度计的实际输入值
• 4.3.3 12位置翻转测试
• 4.4 陀螺加速度计在精密离心机上动态试验
• 4.4.1 安装与对准
• 4.4.2 测试方法及补偿
• 4.4.3 二次项系数的辨识及补偿
• 4.4.4 三次项系数的辨识及补偿
• 4.5 本章小节
• 第5章 离心机误差对陀螺加速度计误差模型系数标定精度的影响
• 5.1 引言
• 5.2 精密离心机误差在动态试验中对模型系数的总影响
• 5.3 影响二次项模型系数辨识的因素
• 5.3.1 离心机位姿误差对二次项模型系数标定精度的影响
• 5.3.2 半径误差对二次项模型系数标定精度的影响
• 5.3.3 角速率平稳性对二次项模型系数标定精度的影响
• 5.4 影响三次项模型系数辨识的因素
• 5.4.1 离心机位姿误差对三次项模型系数标定精度的影响
• 5.4.2 半径测试误差对三次项模型系数标定精度的影响
• 5.4.3 角速率误差对三次项模型系数标定精度的影响
• 5.4.4 Coriolis加速度误差对三次项模型系数标定精度的影响
• 5.4.5 标度因子检测误差引起的三次系数标定误差
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢