CN102607542B - 微机械陀螺自适应补偿的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种自动修正微机械陀螺漂移的方法及其装置。装置由高性能惯导装置及调试夹具、控制系统、微机械陀螺工作温度获取装置、信号采集装置、数据存储装置和数据处理装置组成，其方法是：一、采集基于不同状态下独立工作的高性能惯导装置的数据作为微机械陀螺的当前时刻的参考基准；二、按照同等步长改变单独工作的微机械陀螺的环境温度，并施加不同强度的冲击振动，测量并记录参数；三、采集并存储微机械陀螺和高性能惯导装置对一系列不同状态点下对系统的响应数据；四、对微机械陀螺响应数据进行补偿参数计算；五、对相应补偿参数读出进行自适应修正得到对应工作状态下的补偿参数；六、再进行漂移补偿并输出补偿后数据到控制系统，实现系统闭环控制。

Description

微机械陀螺自适应补偿的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种微机械陀螺，特别是涉及一种自动修正微机械陀螺漂移的方法及其装置。

背景技术

微机械陀螺工作性能的好坏，对于小型化控制系统的控制精度起主要作用。微机械陀螺由于工作状态(温度、冲振)发生急剧变化，会产生不同程度的漂移，该漂移特性主要表现为控制系统的精度下降，不能在特定的条件下满足控制系统的要求。若不进行后期自适应补偿处理，甚至会导致控制系统无法正常工作或失控。为了解决微机械陀螺的参数漂移导致的控制精度下降问题，采取的方法一般是使用稳定控制平台系统内的高性能的惯导装置作为校正基准，通过电路对微机械陀螺的信号采集并计算得到相应的修正参数，进而修正微机械陀螺的参数漂移。但是，由于一些系统的特殊性，系统内无法提供更高性能的惯导装置作为校正基准，使微机械陀螺在参数漂移后无法进行参数的再标定，导致系统的控制精度下降，严重的情况下甚至出现控制系统不可控的情况。因此，现有的校正微机械陀螺漂移的问题限制了微机械陀螺在一些特定条件下的应用。

发明内容

针对现有技术存在的校正工作参数在不同工作环境下需要进行周期性校准的缺陷，本发明提出一种微机械陀螺自适应补偿方法及装置，系统内无需提供更高性能的参考惯导装置，通过对参数的自适应调整实现微机械陀螺的修正。

本发明所述的微机械陀螺自适应补偿方法，其工作原理是：基于环境温度、预先存储的微机械陀螺的多个参数矩阵以及冲击振动三方面的参数作为补偿算法的计算依据，对不同状态下的预置校正参数与微机械陀螺实际采集到的数据进行算法迭代，根据计算结果对微机械陀螺的参数进行自适应修正。

本发明所述的微机械陀螺自适应补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：采集一系列基于不同状态下独立工作的高性能惯导装置的数据，状态范围覆盖整个工作区间，具体方法是：

⑴在室温和无冲击振动的条件下作为起始预置工作点；

⑵按照一定步长控制工作温度变化，并在各个温度点施加不同强度的冲击振动，直到满足控制系统要求的最高条件，进而来确定其预置工作点；

⑶按照以上两步确定的各预置工作点作为微机械陀螺的当前时刻的参考基准。

步骤二：按照同等步长改变单独工作的微机械陀螺的环境温度，并在各个温度点施加不同强度的冲击振动，直到满足控制系统要求的最高条件，通过测量当前微机械陀螺工作的环境温度，同时记录冲击振动的参数。

步骤三：采集微机械陀螺和高性能惯导装置在一系列不同状态点下对系统的响应，并将所有采集到的数据输入数据存储装置中进行存储，具体方法是：

⑴确定微机械陀螺起始工作点；

⑵根据工作条件确定高性能惯导装置的参数值并设定为参考基准，同时采集当前条件下微机械陀螺的响应，并将采集到的数据输入数据存储装置中进行存储；

⑶确定下一个工作点；

⑷重复⑵～⑶步，直到得到各个工作点的高性能惯导装置对应的微机械陀螺的数据。

步骤四：根据工作条件和一系列不同状态点下的微机械陀螺响应数据进行补偿参数的计算，得到多个对应不同工作状态下的补偿参数，并将各补偿参数进行存储。

步骤五：现场使用时，根据应用微机械陀螺的系统工作条件，对相应补偿参数读出进行自适应修正得到对应当前工作状态下的补偿参数。

步骤六：数据处理装置进行漂移补偿并输出补偿后数据，输出到控制系统，实现系统闭环控制。

实现微机械陀螺自适应补偿方法的装置，由高性能惯导装置及调试夹具、控制系统、微机械陀螺工作温度获取装置、信号采集装置、数据存储装置以及数据处理装置组成，其中，微机械陀螺工作温度获取装置和微机械陀螺安装在导引头两轴速率稳定平台的内框架上，构成一个导引头位标器；高性能惯导装置用于微机械陀螺的预置标定，高性能惯导装置通过其调试夹具实现与导引头位标器的固定连接，进而构成一个整体；控制系统用于实现对导引头两轴速率稳定平台的伺服控制；微机械陀螺工作温度获取装置用于测量微机械陀螺的工作温度；信号采集装置采集微机械陀螺工作温度获取装置、微机械陀螺和高性能惯导装置在不同工作状态下的数据，并把采集到的原始数据存入数据存储装置；数据存储装置包括非易失存储子系统和快速处理子系统，用于存储数据；数据处理装置的作用是基于环境温度、预先存储的微机械陀螺的多个参数矩阵以及冲击振动三方面得到的参数作为补偿算法的计算依据，对不同状态下的预置校正参数与微机械陀螺实际采集到的数据进行算法迭代；最后将处理后的数据提供给控制系统，控制系统根据计算结果对微机械陀螺当前校正参数进行自适应补偿，进而完成导引头的姿态控制。

本发明通过实际应用证明：采用本发明方法后，在不同状态下的控制系统精度比原来提高了5～10倍，解决了微机械陀螺周期性校准和抗环境试验的问题，在恶劣环境下效果尤其显著，有效的扩展了微机械陀螺的应用范围。

附图说明

图1是原理结构示意图；

图2是实施结构示意图；

图3是微机械陀螺数据补偿图；

图4是微机械陀螺数据比较图。

图中，1为微机械陀螺，2为高性能惯导装置及调试夹具，3为信号采集装置，4为微机械陀螺工作温度获取装置，5为数据存储装置，6为数据处理装置，7为控制系统。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于下面的实施例。

实施例

图2是本发明应用到小口径小型化导引头稳定控制系统中的实施例。实施例采用两轴速率稳定平台的导引头方案，其中，微机械陀螺工作温度获取装置4和微机械陀螺1安装于两轴速率稳定平台的内框架上，通过带有高性能惯导装置的调试夹具2实现与导引头的连接，构成一个易安装易拆卸的联合调试装置。微机械陀螺工作温度获取装置4采用国家半导体公司的LM71型数字温度传感器配合相关部件实现。信号采集装置3对微机械陀螺工作温度获取装置4获得的数据、微机械陀螺和高性能惯导装置的数据进行采集，并把采集到的原始数据存入数据存储装置5，数据存储装置5包括非易失存储子系统和快速处理子系统，分别采用AMD公司的AM29LV400B和IDT公司的IDV71V256实现。由于使用过程中的微机械陀螺自适应补偿具有比较强的实时性要求，数据处理装置6的核心硬件采用TI公司的TMS320F28335，该器件主要实现密集的实时自适应补偿算法、高速输入输出、预置参数以及流程控制，数据处理装置6对数据进行算法迭代，将处理后的数据提供给控制系统7。由于要满足实时计算的要求以及结合系统实际情况，控制系统7采用DSP控制器方案，DSP控制器主要完成密集运算、高速输入输出以及复杂状态的流程控制，实现对导引头两轴速率稳定平台的伺服控制，进而完成导引头的姿态控制。

本实施例所述的微机械陀螺自适应补偿方法，其技术步骤如下：

步骤一：采集一系列基于不同状态下独立工作的高性能惯导装置的数据，状态范围覆盖整个工作区间，具体方法是：

⑴在20℃和0g的条件下作为起始预置工作点；

⑵温度从－40℃～+60℃以步长10℃变化，保持每个温度点持续30分钟后，在每个温度点进行持续时间10ms、强度从0g～30g以步长5g递增的近似半正弦冲振试验，如－40℃、0g时的数据，－40℃、5g时的数据、－40℃、10g时的数据、－40℃、15g时的数据，以此类推到+60℃、25g时的数据、+60℃、30g时的数据，直到满足控制系统要求的最高条件，进而来确定其预置工作点；

⑶按照以上两步确定的各预置工作点作为微机械陀螺的当前时刻的参考基准。

步骤二：温度从－40℃～+60℃以步长10℃变化，来改变单独工作微机械陀螺1的环境温度，保持每个温度点持续30分钟后，在每个温度点进行持续时间10ms、强度从0g～30g以步长5g递增的近似半正弦冲振试验，如－40℃、0g时的数据，－40℃、5g时的数据、－40℃、10g时的数据、－40℃、15g时的数据，以此类推到+60℃、25g时的数据、+60℃、30g时的数据，直到满足控制系统要求的最高条件，通过测量当前微机械陀螺工作的环境温度，同时记录冲击振动的参数。

步骤三：采集微机械陀螺1和高性能惯导装置在以上系列不同状态点下对系统的响应，并将所有采集到的数据输入数据存储装置⑸中进行存储，具体方法是：

⑴确定20℃和0g的条件下作为微机械陀螺起始工作点；

⑵根据工作条件确定高性能惯导装置的参数值并设定为参考基准，同时采集当前条件下微机械陀螺的响应，并将采集到的数据输入数据存储装置中进行存储；

⑶确定下一个工作点；

⑷重复⑵～⑶步，直到得到温度从－40℃～+60℃和强度从0g～30g近似半正弦冲振各工作点的高性能惯导装置对应的微机械陀螺的数据。

步骤四：根据工作温度、半正弦冲振强度，对各个状态点下的微机械陀螺1响应数据进行补偿参数的计算，得到多个对应不同工作状态下的补偿参数，并将各补偿参数进行存储。

步骤五：现场使用时，根据应用微机械陀螺1的系统工作条件，利用信号采集装置采集微机械陀螺1和高性能惯导装置的响应信号，并将数据存入数据存储装置5，数据处理装置6结合整套装置实际工作状态和获取数据存储装置得到的数据，对已预先存储在数据存储装置中的补偿参数读出，并进行自适应补偿得到对应当前状态下的补偿参数，同时用该补偿参数对信号采集装置3实时采集得到的原始微机械陀螺输出数据进行自适应补偿并输出补偿后的数据。

步骤六：数据处理装置6进行漂移补偿并输出补偿后数据，输出到控制系统7，实现系统闭环控制。

测试结果表明，采用该补偿方法后，微机械陀螺的环境适应缺陷得到解决，控制系统精度由18mrad提高到3mrad，若能够将预置的工作状态点增加到154个或更多，以及冲击振动数据进行多次试验而获得最优的试验结果，系统的控制精度提高情况会更加显著。

本发明的补偿方法可以应用到绝大多数基于微机械陀螺作为传感器的控制系统中。

Claims (2)

1.微机械陀螺自适应补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：采集一系列基于不同状态下独立工作的高性能惯导装置的数据，状态范围覆盖整个工作区间，具体方法是：

A.在室温和无冲击振动的条件下作为起始预置工作点；

B.按照一定步长控制工作温度变化，并在各个温度点施加不同强度的冲击振动，直到满足控制系统⑺要求的最高条件，进而来确定其预置工作点；

C.按照以上两步确定的各预置工作点作为微机械陀螺⑴的当前时刻的参考基准；

步骤二：按照同等步长改变单独工作的微机械陀螺⑴的环境温度，并在各个温度点施加不同强度的冲击振动，直到满足控制系统要求的最高条件，测量当前微机械陀螺工作的环境温度，同时记录冲击振动的参数；

步骤三：采集微机械陀螺⑴和高性能惯导装置在一系列不同状态点下对系统的响应，并将所有采集到的数据输入数据存储装置⑸中进行存储，具体方法是：

D.确定微机械陀螺起始工作点；

E.根据工作条件确定高性能惯导装置的参数值并设定为参考基准，同时采集当前条件下微机械陀螺的响应，并将采集到的数据输入数据存储装置中进行存储；

F.确定下一个工作点；

G.重复E～F步骤，直到得到各个工作点的高性能惯导装置对应的微机械陀螺的数据；

步骤四：根据工作条件和一系列不同状态点下的微机械陀螺响应数据进行补偿参数的计算，得到多个对应不同工作状态下的补偿参数，并将各补偿参数进行存储；

步骤五：现场使用时，根据应用微机械陀螺的系统工作条件，对相应补偿参数读出进行自适应修正得到对应当前工作状态下的补偿参数；

步骤六：数据处理装置⑹进行漂移补偿并输出补偿后数据，输出到控制系统⑺，实现系统闭环控制。

2.实现权利要求1所述的微机械陀螺自适应补偿方法的装置，其特征在于：装置由微机械陀螺⑴、高性能惯导装置及调试夹具⑵、控制系统⑺、微机械陀螺工作温度获取装置⑷、信号采集装置⑶、数据存储装置⑸和数据处理装置⑹组成，其中，微机械陀螺工作温度获取装置⑷和微机械陀螺⑴安装在导引头两轴速率稳定平台的内框架上，构成一个导引头位标器；高性能惯导装置用于微机械陀螺⑴的预置标定，高性能惯导装置通过其调试夹具实现与导引头位标器的固定连接，构成一个整体；控制系统⑺用于实现对导引头两轴速率稳定平台的伺服控制；微机械陀螺工作温度获取装置⑷用于测量微机械陀螺的工作温度；信号采集装置⑶采集微机械陀螺工作温度获取装置⑷、微机械陀螺⑴和高性能惯导装置在不同工作状态下的数据，并把采集到的原始数据存入数据存储装置⑸；数据存储装置⑸包括非易失存储子系统和快速处理子系统，用于存储数据；数据处理装置⑹的作用是基于环境温度、预先存储的微机械陀螺的多个参数矩阵以及冲击振动三方面得到的参数作为补偿算法的计算依据，对不同状态下的预置校正参数与微机械陀螺实际采集到的数据进行算法迭代，将处理后的数据提供给控制系统⑺；控制系统⑺根据计算结果对微机械陀螺当前校正参数进行自适应补偿，完成导引头的姿态控制。