CN114018286A - 一种用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微惯性测量单元的全自动/手动批量的标定系统和方法,系统包括全自动/手动批量标定主控机、数据采集模块、M个高精度转台、多个MIMU。全自动/手动批量标定主控机通过RS485和USB的方式对数据采集模块进行控制和数据读取;标定主控机通过RS485的方式对多个高精度三轴转台进行控制以及获取反馈信息;标定主控机包括批量标定控制模块和标定参数自动生成模块,数据采集模块包含N个批量标定数据采集前端,每个批量标定数据采集前端可最多与8个MIMU连接。本发明以高精度三轴转台为计量仪器,通过“前端+主控”的结构布局和可靠的通讯方式,实现了微惯性测量单元(MIMU)在全自动/手动两种模式下的批量标定技术,提高了MIMU标定效率。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制技术领域,特别是一种用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统和方法。
背景技术
标定是指使用标准的计量仪器对所使用仪器的精确度进行检测的方法。高精度三轴转台是惯性系统标定测试的核心设备,
目前,绝大部分的微惯性测量单元的标定过程如下:
(1)将待检测的微惯性测量单元夹载到三轴精密转台,三轴精密转台通过与图3中左侧(I)号计算机相连,用户利用(I)号计算机操作,使得三轴精密转台按照用户要求进行转动;(2)在转动的过程中,微惯性测量单元可敏感出三轴转动,陀螺仪与加速度计实时采集运动参数,通过数据采集系统与图3中右侧(II)号计算机相连,然后将采集到的数据实时保存下来;(3)最后,通过与三轴精密转台设定的真实值进行比较,即可以标定出待测的微惯性测量单元中陀螺仪与加速度计的误差参数,从而对微惯性测量单元进行修订。
这种标定方式需要人工操作,即操作人员需要操控三轴转台到指定状态,并通过操作人员肉眼判断三轴转台状态是否达标,最后设置数据保存路径,下达“开始采集”指令。但是,当待标定的微惯性测量单元数量很多时,标定的工作量超过了人力处理的范围,通过人工操作对微惯性测量单元进行标定的方式效率低,人工劳动强度大,错误率高。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统和方法,实现对微惯性测量单元在全自动和手动两种模式下进行批量标定。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统,包括全自动/手动批量标定主控机、数据采集模块、M个高精度转台、多个MIMU,所述主控机和数据采集模块之间通过RS485和USB通信连接,每个高精度转台包括三轴转台和转台控制柜,批量标定主控机通过RS485通信方式与多个转台控制柜建立连接,每个转台控制柜控制对应的三轴转台,数据采集模块包括N个批量标定采集前端,所述全自动/手动批量标定主控机与M个高精度转台和数据采集模块中的N个批量标定采集前端建立通信,每个批量标定采集前端与至少一个MIMU连接,批量标定主控机通过RS485通信方式与N个批量标定采集前端进行连接,M≥1,N≥1,
批量标定主控机用于实现控制三轴转台、实时读取三轴转台的运动状态、控制批量标定采集前端起止时间、存储标定数据,具有MIMU数据解析功能、控制MIMU数据采集动作与转台状态同步的功能、通过USB读取EMMC存储器内的文件的功能,数据采集模块用于同时为多个微惯性测量单元提供标定载体、为每个微惯性测量单元提供满足要求的工作电源、接收MIMU的传感器数据,数据采集模块集成EMMC存储器。
进一步地,每个批量标定采集前端与至少一个MIMU通过RS232/RS422/TLL建立连接。
进一步地,批量标定主控机包括两个模块:批量标定控制模块、标定参数自动生成模块,两个模块独立运行,实现对微惯性测量单元的批量标定,批量标定控制模块用于标定流程的设计、标定流程文件的保存和读取、标定流程自动生成转台的控制指令、监控转台的实时运行参数、控制采集模块的起止时刻,标定参数自动生成模块用于在标定完成后,通过USB的方式读取批量标定采集前端存储的MIMU标定数据集、生成标定矩阵、根据频域信息进行标定矩阵寻优。
进一步地,所述批量标定控制模块用于设计标定流程,每一步的标定流程包括序号、动作、时间参数和基于三轴转台的自动控制指令集,所述批量标定控制模块能够根据设计的标定流程自动生成转台的控制指令,并实时读取转台状态和控制数据采集模块的启动与终止。
进一步地,所述的标定参数自动生成模块用于在标定完成后通过USB方式读取批量标定采集前端储存的MIMU标定数据集,并利用获取的标定数据集,根据标定的速率实验和位置实验标定方法,自动生成标定矩阵,最后根据频域信息进行标定矩阵的寻优。
进一步地,所述每个批量标定采集前端最多与8个MIMU通信连接。
根据上述的用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统的标定方法,包括以下步骤:
步骤1.将多个MIMU与批量标定采集前端通过RS232/RS422/TTL进行通信连接,将MIMU与批量标定采集前端同时装配在三轴转台上;
步骤2.通过COM1口,全自动/手动批量标定主控机通过RS485总线与各个转台控制柜连接;通过COM2口,全自动/手动批量标定主控机通过RS485总线与各个批量标定采集前端连接,并且使全自动/手动批量标定主控机通过USB HUB与各个批量标定采集前端连接,用于标定参数自动生成模块读取批量标定采集前端存储的MIMU标定数据集;
步骤3.打开转台控制柜和批量标定主控机电源,选择批量标定主控机工作模式,若选择全自动模式按照步骤4进行,若选择手动模式按照步骤6进行;
步骤4.进入批量标定主控机页面,设计标定流程,待标定主控机生成三轴转台的控制指令,标定主控机通过COM1口发送三轴转台控制指令,自动控制三轴转台状态,并通过COM1口实时读取三轴转台的状态信息;
步骤5.当监测到三轴转台角速度和角度信息满足标定流程设计要求时,标定主控机通过COM2口向批量标定采集模块发送采集指令,此时批量标定采集模块中的各个批量标定采集前端开始采集与之连接的MIMU的数据,与此同时,批量标定控制模块通过COM2口实时监测批量标定采集前端所接收到的数据;
步骤6.当标定主控机接收完成所有采集前端的数据后,批量标定采集前端发送指令到主控机中去,批量标定控制模块在接收到“采集完成”的指令后,根据标定流程,通过COM1口发送新的转台控制指令,转入步骤7;
步骤7.操作人员根据标定流程设置三轴转台的运动参数,通过观察转台上位机的运行参数来判断转台运动状态是否达到要求,当转台运动状态达到要求时,操作批量标定采集模块开始采集MIMU数据,待采集完成后,设置三轴转台的下一步的运动参数,进行步骤8;
步骤8.重复步骤4-6或步骤7,直到整个标定过程完成,每个MIMU的数据以文本格式存储在EMMC存储器中,标定参数自动生成模块通过USB的方式读取批量标定前端中EMMC存储器存储的MIMU标定数据集,随后根据标准的速率实验和位置实验标定方法自动生成标定矩阵,最后根据频域信息进行标定矩阵寻优。
本发明与现有技术相比,有益效果为:
(1)本发明以高精度三轴转台为计量仪器,通过“前端+主控”的结构布局和可靠的通讯方式,实现了对微惯性测量单元(MIMU)全自动/手动两种模式下的批量标定;
(2)本发明提出的批量标定主控机在全自动模式下,可以自动控制高精度三轴转台和数据采集模块,并且实时监测三轴转台的运行状态,这样既可以避免人工操控时的错误又可以缩短标定时间,提高标定效率;
(3)本发明提出的批量标定数据采集前端可完成对N个MIMU设备的同步数据采集和存储,所述数据采集前端采取紧凑型嵌入式解决方案,可随MIMU一起装配到三轴转台上,其可为每个MIMU提供满足要求的工作电源并且具有MIMU数据解析功能,其集成EMMC存储器,具有MIMU数据实时存储功能。这可以精准地存储每个MIMU的数据,高效准确。
附图说明
图1为本发明用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统结构图。
图2为本发明用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统硬件连接图。
图3为传统用于标定实验时的实物连接结构简图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图,进一步描述本发明的具体技术实施方案,以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明,而不构成对其权利的限制。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
在三轴转台支持远程控制的情况下,可实现惯性组件的全自动无人值守批量标定。批量标定主控机一方面通过RS485总线(单转台时RS232)远程控制多台三轴转台设备,实现M台状态的指令控制和状态监控。另一方面,在转台到达标定流程规定的转速或位置状态时,通过RS485控制数据采集模块完成对相应MIMU设备的批量数据采集和存储。
在三轴转台不支持远程控制时,可实现微惯性测量单元的手动批量标定。这时候三轴转台的指令控制和状态监控由转台操作人员手动完成,当观察到转台到达标定流程规定的转速或位置状态时,手动操作批量标定主控机发送RS485指令,控制批量标定采集前端进行MIMU数据采集和存储。
如图1所示,本发明用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统由全自动/手动批量标定主控机、数据采集模块、M个高精度转台、多个MIMU组成,主控机和数据采集模块之间通过RS485和USB的方式进行通信,每个高精度转台包括三轴转台和转台控制柜。需要采集的实验数据来自于微惯性测量单元(MIMU),可以与批量标定采集前端通过RS232/RS422/TLL建立连接。在本实施实例中,数据采集模块包括N个数据采集前端,一个全自动/手动批量标定主控机与M个高精度转台和数据采集模块中的N个数据采集前端建立通信,每个批量标定采集前端最多可与8个微惯性测量单元连接。如图2所示,批量标定主控机通过RS485通信方式与多个转台控制柜建立连接,每个转台控制柜控制对应的三轴转台。同时,批量标定主控机通过RS485通信方式同时控制多个批量标定采集前端,批量标定采集前端通过USB的通信方式将采集得到的数据传入批量标定主控机中的标定参数自动生成模块。
批量标定主控机具有友好的人机界面并具有多个串口,并负责实现控制高精度三轴转台、实时读取三轴转台的运动状态、控制批量标定采集前端起止、存储标定数据。主要包括两个模块:批量标定控制模块、标定参数自动生成模块,两个模块独立运行,实现对微惯性测量单元的批量标定。在本实例中,用户将批量标定主控机选择为全自动控制模式,标定主控机可以自动设置三轴转台的运行参数,并可计时控制数据采集模块的采集开始时间和停止时间。
批量标定控制模块主要负责:标定流程的设计、标定流程文件的保存和读取、标定流程自动生成转台的控制指令、监控转台的实时运行参数(角度、转速、加速度)、控制采集模块的起止时刻。
标定参数自动生成模块主要负责:在标定完成后,通过USB的方式读取批量标定采集前端存储的MIMU标定数据集、生成标定矩阵(利用获取的标定数据集,根据标准的速率实验和位置实验标定方法,自动生成标定矩阵)、根据频域信息进行标定矩阵寻优。
数据采集模块主要负责:可同时为多个微惯性测量单元提供标定载体、为每个微惯性测量单元提供满足要求的工作电源、接收MIMU的传感器数据、集成EMMC存储器、具有MIMU数据解析功能、控制MIMU数据采集动作与转台状态同步。
本发明用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统使用方法,如图2所示,包括以下步骤:
步骤1.用户将多个微惯性测量单元(MIMU)与批量标定采集前端进行通信连接(RS232/RS422/TTL),每个批量标定采集前端最多与8个MIMU连接,将MIMU与批量标定采集前端同时装配在三轴转台上;
步骤2.通过COM1口,全自动/手动批量标定主控机通过RS485总线与各个转台控制柜连接;同理,通过COM2口,全自动/手动批量标定主控机通过RS485总线与各个批量标定采集前端连接,并且使全自动/手动批量标定主控机通过USB HUB与各个批量标定采集前端连接,用于标定参数自动生成模块读取批量标定采集前端存储的MIMU标定数据集;
步骤3.打开转台控制柜和批量标定主控机电源,选择批量标定主控机工作模式,若选择全自动模式按照步骤4进行,若选择手动模式按照步骤6进行;
步骤4.进入批量标定控制模块页面,设计标定流程(设定标定流程每一步的序号、转台运动参数和时间参数等),等待标定主控机生成转台的控制指令,标定主控机通过COM1口发送转台控制指令,自动控制转台状态(角速率控制、角度控制等),并通过COM1口实时读取转台的状态信息(角度率、角度等);
步骤5.当监测到转台角速度和角度信息满足标定流程设计要求时,标定主控机通过COM2口向批量标定采集模块发送采集指令,此时批量标定采集模块中的各个批量标定采集前端开始采集与之连接的MIMU的数据,与此同时,批量标定控制模块通过COM2口实时监测批量标定采集前端所接收到的数据;
步骤6.当标定主控机接收完成所有采集前端的数据后,批量标定采集前端会发送指令到主控机中去,批量标定控制模块在接收到“采集完成”的指令后,根据标定流程,通过COM1口发送新的转台控制指令,转入步骤7;
步骤7.操作人员根据标定流程设置三轴转台的运动参数(角速率、角度等),通过观察转台上位机的转台运动参数来判断转台是否达到要求,当转台运动状态达到要求时,操作批量标定采集模块开始采集MIMU数据,待采集完成后,设置三轴转台的下一步的运动参数,直至标定结束,进行步骤7;
步骤8.重复步骤4-6或步骤7,直到整个标定过程完成,每个MIMU的数据以文本格式存储在EMMC存储器中,标定参数自动生成模块通过USB的方式读取批量标定前端中EMMC存储器存储的MIMU标定数据集,随后根据标准的速率实验和位置实验标定方法自动生成标定矩阵,最后根据频域信息进行标定矩阵寻优;
本发明基于传统的微惯性测量单元标定方法,以高精度三轴转台为计量仪器,通过“前端+主控”的结构布局和可靠的通讯方式,实现了对微惯性测量单元(MIMU)全自动/手动两种模式下的批量标定技术。标定主控机在全自动模式下,可以自动控制M个高精度三轴转台和N个数据采集模块,并且实时监测三轴转台的运行状态,这样既可以避免人工操控时的错误又可以缩短标定时间,提高标定效率;每个批量标定数据采集前端可完成对不多于8个MIMU同步数据采集和存储,标定完成后的数据以文本的格式存储在自身集成的EMMC存储器中,每个数据文本都有各自的标号与每个MIMU一一对应,这样即可以避免人为操作下的数据存储错误,又操作简单高效。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不收上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围有所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统,其特征在于,包括全自动/手动批量标定主控机、数据采集模块、M个高精度转台、多个MIMU,所述主控机和数据采集模块之间通过RS485和USB通信连接,每个高精度转台包括三轴转台和转台控制柜,批量标定主控机通过RS485通信方式与多个转台控制柜建立连接,每个转台控制柜控制对应的三轴转台,数据采集模块包括N个批量标定采集前端,所述全自动/手动批量标定主控机与M个高精度三轴转台和数据采集模块中的N个批量标定采集前端建立通信,每个批量标定采集前端与最多与8个MIMU连接,批量标定主控机通过RS485和USB的通信方式与N个批量标定采集前端进行连接,M≥1,N≥1,
批量标定主控机用于实现控制三轴转台、实时读取三轴转台的运动状态、控制批量标定采集前端采集起止时间、存储标定数据,具有MIMU数据解析功能、控制MIMU数据采集动作与转台状态同步的功能、通过USB读取EMMC存储器内文件的功能,数据采集模块用于同时为多个微惯性测量单元提供标定载体、为每个微惯性测量单元提供满足要求的工作电源、接收MIMU的传感器数据,数据采集模块集成EMMC存储器。
2.根据权利要求1所述的用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统,其特征在于,每个批量标定采集前端最多与8个MIMU通过RS422/RS232/TTL方式建立连接。
3.根据权利要求1所述的用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统,其特征在于,批量标定主控机包括两个模块:批量标定控制模块、标定参数自动生成模块,两个模块独立运行,实现对微惯性测量单元的批量标定,批量标定控制模块用于标定流程的设计、标定流程文件的保存和读取、标定流程自动生成转台的控制指令、监控转台的实时运行参数、控制采集模块的起止时刻,标定参数自动生成模块用于在标定完成后,通过USB的方式读取批量标定采集前端存储的MIMU标定数据集、生成标定矩阵、根据频域信息进行标定矩阵寻优。
4.根据权利要求3所述的用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统,其特征在于,所述批量标定控制模块用于设计标定流程,每一步的标定流程包括序号、动作、时间参数和基于三轴转台的自动控制指令集,所述批量标定控制模块能够根据设计的标定流程自动生成转台的控制指令,并实时读取转台状态和控制数据采集模块的启动与终止。
5.根据权利要求4所述的用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统,其特征在于,所述的标定参数自动生成模块用于在标定完成后通过USB方式读取批量标定采集前端储存的MIMU标定数据集,并利用获取的标定数据集,根据标定的速率实验和位置实验标定方法,自动生成标定矩阵,最后根据频域信息进行标定矩阵的寻优。
6.根据权利要求3-5任一项所述的用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定系统的标定方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1.将多个MIMU与批量标定采集前端通过RS232/RS422/TTL进行通信连接,将MIMU与批量标定采集前端同时装配在三轴转台上;
步骤2.通过COM1口,全自动/手动批量标定主控机通过RS485总线与各个转台控制柜连接;通过COM2口,全自动/手动批量标定主控机通过RS485总线与各个批量标定采集前端连接,并且使全自动/手动批量标定主控机通过USB HUB与各个批量标定采集前端连接,用于标定参数自动生成模块读取批量标定采集前端存储的MIMU标定数据集;
步骤3.打开转台控制柜和批量标定主控机电源,选择批量标定主控机工作模式,若选择全自动模式按照步骤4进行,若选择手动模式按照步骤6进行;
步骤4.进入批量标定主控机页面,设计标定流程,待标定主控机生成三轴转台的控制指令,标定主控机通过COM1口发送三轴转台控制指令,自动控制三轴转台状态,并通过COM1口实时读取三轴转台的状态信息;
步骤5.当监测到三轴转台角速度和角度信息满足标定流程设计要求时,标定主控机通过COM2口向批量标定采集模块发送采集指令,此时批量标定采集模块中的各个批量标定采集前端开始采集与之连接的MIMU的数据,与此同时,批量标定控制模块通过COM2口实时监测批量标定采集前端所接收到的数据;
步骤6.当标定主控机接收完成所有采集前端的数据后,批量标定采集前端发送指令到主控机中去,批量标定控制模块在接收到“采集完成”的指令后,根据标定流程,通过COM1口发送新的转台控制指令,转入步骤7;
步骤7.操作人员根据标定流程设置三轴转台的运动参数,通过观察转台上位机的运行参数来判断转台运动状态是否达到要求,当转台运动状态达到要求时,操作批量标定采集模块开始采集MIMU数据,待采集完成后,设置三轴转台的下一步的运动参数,进行步骤7;
步骤8.重复步骤4-6或步骤7,直到整个标定过程完成,每个MIMU的数据以文本格式存储在EMMC存储器中,标定参数自动生成模块通过USB的方式读取批量标定前端中EMMC存储器存储的MIMU标定数据集,随后根据标准的速率实验和位置实验标定方法自动生成标定矩阵,最后根据频域信息进行标定矩阵寻优。
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