CN109839124A - 一种mems陀螺仪标度因数温度补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测温技术领域，具体涉及一种MEMS陀螺仪标度因数温度补偿方法。在全温范围变化下，采集恒定角速度输入下的陀螺输出与温度传感器输出，建立标度引述得三阶静态温度模型，建立标度因数残差值得一阶动态温度模型确定标度因数残差值，得出标度因数温度动态拟合值，最后得出补偿后的陀螺角速度输出，本方法能够提高全温范围内标度因数补偿效果，大大改善了补偿精度。具体的标度因数温度补偿方法是进行全温动态匀速温变速率后，使得陀螺能经历所有温度状态，再有选择性的选取常用静态温度点进行静态测试。
Description
技术领域
本发明属于测温技术领域，具体涉及一种MEMS陀螺仪标度因数温度补偿方法。
背景技术
微机械石英音叉陀螺对温度变化比较敏感，温度变化会对其标度因数产生较大的影响。在实际工程应用中，微机械石英音叉陀螺温度特性分析和标度因素的温度补偿技术是解决陀螺标度因素稳定性的有效方法。由于石英晶体材料的固有温度属性以及陀螺电路中电路元器件和集成芯片的温度特性，很难通过内部电路反馈控制音叉陀螺抵消温度的变化对陀螺造成的影响，且工艺复杂。通常采用后级电路补偿方案，虽然采用模拟电路的补偿方法可以改善温度变化对陀螺标度因数的影响，但是工程上实现不便，考虑到陀螺采用数字输出，所以一般采用数字补偿方案。
当前MEMS陀螺仪标度因数补偿方法主要涉及的关键技术和当前存在的问题如下：
在实验室条件下，测量陀螺的温箱内的温度一般以匀速率变化，陀螺仪的标度因数采用多项式拟合方法对温度变化予以补偿。利用温控试验箱匀速升降温，使得音叉陀螺匀速历经每个温度点并有一定时间与温箱达到温度动态平衡，但是通过该方法建立的是音叉陀螺的静态温度模型,对陀螺敏感器件与环境温度动态变化之间的关系没有考虑在内，显然只采用多项式拟合方法在实际应用中的补偿效果还存在一定的缺陷。在实际环境温度中，器件对于外界动态环境的敏感存在滞后，环境温度速率变化会影响陀螺仪标度因数误差。环境温度速率变化可以有效补偿陀螺标度因数随温度的变化误差，虽然高阶的补偿能够使补偿结果更加精确，但同时也会使补偿模型更复杂和不稳定，这影响了补偿模型的实际工程应用，因此如何获得准确的动态温度参数系统，是温度建模补偿的一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种MEMS陀螺仪标度因数温度补偿方法，其精度较高，能够补偿环境温度速率变化对陀螺仪标度因数带来的影响。
本发明的技术方案如下：
一种MEMS陀螺仪标度因数温度补偿方法，该方法包括以下步骤：
1)在全温范围变化下，采集恒定角速度输入Ω下的陀螺输出Vout与温度传感器输出T；
2)建立标度引述得三阶静态温度模型
k0——陀螺标度因数零次项系数；
k1——陀螺标度因数一次项系数；
k2——陀螺标度因数二次项系数；
k3——陀螺标度因数三次项系数；
KSF(T)为三阶陀螺因数拟合值；
3)建立标度因数残差值得一阶动态温度模型
其中，ΔKSF(dT/dt)为标度因数残差值；kT/t为温度标化率一次项拟合系数；
4)建立标度因数的温度补偿模型，公式如下：
KSF(T,dT/dt)＝k0+k1T+k2T2+k3T3-kT/t·(dT/dt)
其中，KSF(T,dT/dt)为标度因数温度动态拟合值；
5)利用下式确定补偿后的陀螺角速度输出Ωout
Ωout＝Vout/KSF(T,dT/dt)。
所述的陀螺标度因数零次项系数、陀螺标度因数一次项系数、陀螺标度因数二次项系数和陀螺标度因数三次项系数采用最小二乘法拟合得出。
所述的建立标度引述得三阶静态温度模型是忽略陀螺零位Bias影响建立的。
本发明的显著效果如下：对静态温度模型不能敏感外界环境温度动态变化的问题，本发明专利提出采用三阶多项式拟合方法结合一阶环境温度速率变化方法，解决了仅仅只采用多项式拟合方法在实际应用中补偿效果存在的缺陷，提高全温范围内标度因数补偿效果，大大改善了补偿精度。具体的标度因数温度补偿方法是进行全温动态匀速温变速率后，使得陀螺能经历所有温度状态，再有选择性的选取常用静态温度点进行静态测试。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
步骤一、在全温范围变化下，采集恒定角速度输入Ω下的陀螺输出Vout与温度传感器输出T；
步骤二、忽略陀螺零位Bias影响，建立标度引述得三阶静态温度模型，模型公式如下所示：
k0——陀螺标度因数零次项系数；
k1——陀螺标度因数一次项系数；
k2——陀螺标度因数二次项系数；
k3——陀螺标度因数三次项系数；
KSF(T)为三阶陀螺因数拟合值；
步骤三、确定陀螺温度传感器输出随时间的变化率dT/dt，T为陀螺温度传感器输出和t为信号采集的时间；根据温度变化率dT/dt与标度因数残差值ΔKSF的关系，建立标度因数残差值得一阶动态温度模型，模型拟合公式如下：
其中，ΔKSF(dT/dt)为标度因数残差值；kT/t为温度标化率一次项拟合系数；
步骤四、建立标度因数的温度补偿模型，公式如下：
KSF(T,dT/dt)＝k0+k1T+k2T2+k3T3-kT/t·(dT/dt)
其中，KSF(T,dT/dt)为标度因数温度动态拟合值；
步骤五、利用下式确定补偿后的陀螺角速度输出Ωout
Ωout＝Vout/KSF(T,dT/dt)。
实施例
1)静态温度点试验：选取数多个(5～20)温度点，如-20℃、0℃、常温、40℃和60℃等，在每个温度点保温一个小时以后，陀螺上电并测试一段时间(如10min)后断电，接着下一个温度点的测试；
2)匀速温变试验：陀螺放入高低温试验箱后以恒定温变速率(如1℃/min)做全温试验，且陀螺上电并采集输出数据；
3)补偿参数拟合：对上述数据进行拟合，获得温度补偿参数。
4)试验验证：对标度参数进行试验验证。
Claims (3)
1.一种MEMS陀螺仪标度因数温度补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)在全温范围变化下，采集恒定角速度输入Ω下的陀螺输出Vout与温度传感器输出T；
2)建立标度引述得三阶静态温度模型
k0——陀螺标度因数零次项系数；
k1——陀螺标度因数一次项系数；
k2——陀螺标度因数二次项系数；
k3——陀螺标度因数三次项系数；
KSF(T)为三阶陀螺因数拟合值；
3)建立标度因数残差值得一阶动态温度模型
其中，ΔKSF(dT/dt)为标度因数残差值；kT/t为温度标化率一次项拟合系数；
4)建立标度因数的温度补偿模型，公式如下：
KSF(T,dT/dt)＝k0+k1T+k2T2+k3T3-kT/t·(dT/dt)
其中，KSF(T,dT/dt)为标度因数温度动态拟合值；
5)利用下式确定补偿后的陀螺角速度输出Ωout
Ωout＝Vout/KSF(T,dT/dt)。
2.如权利要求1所述的一种MEMS陀螺仪标度因数温度补偿方法，其特征在于：所述的陀螺标度因数零次项系数、陀螺标度因数一次项系数、陀螺标度因数二次项系数和陀螺标度因数三次项系数采用最小二乘法拟合得出。
3.如权利要求1所述的一种MEMS陀螺仪标度因数温度补偿方法，其特征在于：所述的建立标度引述得三阶静态温度模型是忽略陀螺零位Bias影响建立的。
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|---|---|
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110631570A (zh) * | 2019-10-17 | 2019-12-31 | 东南大学 | 一种用于提升硅微陀螺仪标度因数温度稳定性的系统和方法 |
| CN110726852A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-24 | 湖南海迅自动化技术有限公司 | 一种mems加速度计温度补偿方法 |
| CN110823216A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-21 | 上海航天控制技术研究所 | 一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法 |
| CN111351507A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-06-30 | 北京理工导航控制科技有限公司 | 一种利用单轴温箱转台对多个三轴陀螺同时标定的方法 |
| CN112629563A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-09 | 广州导远电子科技有限公司 | 一种基于陀螺仪的误差补偿方法及装置 |
| CN113062721A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-02 | 重庆工程学院 | 一种勘探用测井仪的全温补偿方法及系统 |
| CN113155114A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-23 | 三一重型装备有限公司 | Mems惯性测量单元陀螺零位的温度补偿方法及装置 |
| CN114018235A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-02-08 | 北京控制工程研究所 | 一种大量程光纤陀螺全温全动态脉冲补偿方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101701825A (zh) * | 2009-09-28 | 2010-05-05 | 龙兴武 | 高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航系统 |
| CN102135428A (zh) * | 2010-01-25 | 2011-07-27 | 北京三驰科技发展有限公司 | 一种光纤陀螺温度补偿的方法 |
| CN102243080A (zh) * | 2011-04-25 | 2011-11-16 | 北京航空航天大学 | 高精度光纤陀螺带温度补偿的信号检测方法及装置 |
| CN102980578A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-03-20 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置 |
| CN103411611A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-11-27 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 惯测组合全自动温度补偿试验方法及设备 |
| US20140074424A1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-13 | Apple Inc. | Using magnetometer data to calculate angular rate measurement bias |
| CN103940427A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-07-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种mems惯性测量单元冷启动时温度误差补偿方法 |
| CN104077472A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-10-01 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种利用加速度计组合输出离散度进行精度评估的方法 |
| CN105333888A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-17 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种利用一次温度实验同时补偿光纤陀螺标度因数及零偏的方法 |
| CN105547325A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-05-04 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种基于k均值聚类的光纤惯组温度模型系数确定方法 |
| CN105571590A (zh) * | 2014-10-13 | 2016-05-11 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种融合补偿方法 |
| CN106370173A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-02-01 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种激光陀螺仪温度补偿模型的建模和验证方法 |
-
2017
- 2017-11-24 CN CN201711193470.4A patent/CN109839124A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101701825A (zh) * | 2009-09-28 | 2010-05-05 | 龙兴武 | 高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航系统 |
| CN102135428A (zh) * | 2010-01-25 | 2011-07-27 | 北京三驰科技发展有限公司 | 一种光纤陀螺温度补偿的方法 |
| CN102243080A (zh) * | 2011-04-25 | 2011-11-16 | 北京航空航天大学 | 高精度光纤陀螺带温度补偿的信号检测方法及装置 |
| US20140074424A1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-13 | Apple Inc. | Using magnetometer data to calculate angular rate measurement bias |
| CN102980578A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-03-20 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置 |
| CN103411611A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-11-27 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 惯测组合全自动温度补偿试验方法及设备 |
| CN103940427A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-07-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种mems惯性测量单元冷启动时温度误差补偿方法 |
| CN104077472A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-10-01 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种利用加速度计组合输出离散度进行精度评估的方法 |
| CN105571590A (zh) * | 2014-10-13 | 2016-05-11 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种融合补偿方法 |
| CN105333888A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-17 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种利用一次温度实验同时补偿光纤陀螺标度因数及零偏的方法 |
| CN105547325A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-05-04 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种基于k均值聚类的光纤惯组温度模型系数确定方法 |
| CN106370173A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-02-01 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种激光陀螺仪温度补偿模型的建模和验证方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王楠: "高精度光纤捷联惯导系统温度误差建模与补偿技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110726852A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-24 | 湖南海迅自动化技术有限公司 | 一种mems加速度计温度补偿方法 |
| CN110631570B (zh) * | 2019-10-17 | 2021-03-26 | 东南大学 | 一种用于提升硅微陀螺仪标度因数温度稳定性的系统和方法 |
| CN110631570A (zh) * | 2019-10-17 | 2019-12-31 | 东南大学 | 一种用于提升硅微陀螺仪标度因数温度稳定性的系统和方法 |
| CN110823216B (zh) * | 2019-10-29 | 2022-01-28 | 上海航天控制技术研究所 | 一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法 |
| CN110823216A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-21 | 上海航天控制技术研究所 | 一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法 |
| CN111351507A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-06-30 | 北京理工导航控制科技有限公司 | 一种利用单轴温箱转台对多个三轴陀螺同时标定的方法 |
| CN112629563A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-09 | 广州导远电子科技有限公司 | 一种基于陀螺仪的误差补偿方法及装置 |
| CN113062721A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-02 | 重庆工程学院 | 一种勘探用测井仪的全温补偿方法及系统 |
| CN113062721B (zh) * | 2021-03-15 | 2022-11-18 | 重庆工程学院 | 一种勘探用测井仪的全温补偿方法及系统 |
| CN113155114A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-23 | 三一重型装备有限公司 | Mems惯性测量单元陀螺零位的温度补偿方法及装置 |
| CN113155114B (zh) * | 2021-04-23 | 2023-11-17 | 三一重型装备有限公司 | Mems惯性测量单元陀螺零位的温度补偿方法及装置 |
| CN114018235A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-02-08 | 北京控制工程研究所 | 一种大量程光纤陀螺全温全动态脉冲补偿方法 |
| CN114018235B (zh) * | 2021-09-27 | 2022-08-12 | 北京控制工程研究所 | 一种大量程光纤陀螺全温全动态脉冲补偿方法 |
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