Инерционный измерительный блок (IMU) представляет собой инерционное измерительное устройство, состоящее из трехосного акселерометра, трехосного гироскопа и трехосного магнитного датчика. В основном он используется для измерения угловой скорости, ускорения и магнитного курса трех степеней свободы самолета. MEMS IMU навигационного уровня, независимо разработанный ERICCO, может самостоятельно искать север. Он использует методы проектирования MEMS и системной интеграции. Этот продукт обладает преимуществами легкого веса, небольшого размера, низкой стоимости и высокой надежности и широко используется в военной и гражданской сферах.

Точность измерения инерционного измерительного блока связана не только с точностью обнаружения самого инерционного измерительного компонента, но также с технологией обработки и точностью установки. Поэтому исследования по калибровке и компенсации погрешностей инерциального измерительного блока имеют большое значение.

Методы калибровки IMU в основном включают традиционный метод многопозиционной калибровки и калибровки угловой скорости на основе поворотного стола и метод многопозиционной калибровки на месте. На основе метода калибровки положения приведен метод калибровки гироскопа, исключающий смещение на север. Традиционный метод калибровки основан на использовании высокоточного проигрывателя, и процесс калибровки очень сложен. Калибровка на месте может не только снизить рабочую нагрузку, но и эффективно повысить точность калибровки. Другой метод калибровки заключается в объединении традиционного метода статической многопозиционной калибровки и метода скоростной калибровки и предложении метода 6-позиционной калибровки, основанного на двухосном вращающемся механизме. Этот метод более удобен для определения масштабного коэффициента и ошибки установки, но при решении постоянного дрейфа он состоит из нескольких шагов. Более громоздкий.

Далее будут проанализированы источники ошибок блока IMU. Предложен усовершенствованный метод калибровки на основе акселерометра и гироскопа. Чтобы понять этот улучшенный метод калибровки, нам необходимо сначала понять модель ошибок и метод калибровки инерционного измерительного блока. В дальнейшем будет внедрен акселерометр и гироскоп.

1. Модель ошибки инерционной единицы измерения.

Как показано на рисунке 1, OXnYnZn — ортогональная система координат, OXbYbZb — система координат инерциального измерительного блока, а три оси идеального гироскопа и акселерометра установлены соответственно на трех ортогональных поверхностях, образуя правостороннюю систему координат. Однако из-за принципов работы и конструкции гироскопов и акселерометров, а также комплексного производства и монтажа входные оси координат акселерометра и гироскопа в инерциальном измерительном блоке не могут быть ортогональными, и существует 6 ортогональных систем координат. Углы ошибки установки θxy, θxz, θyx, θyz, θzx, θzy. Целью калибровки датчика является компенсация калибровочного коэффициента между выходным значением и измеренным значением, компенсация ошибки смещения нулевой точки, а также компенсация ошибки установочного соединения, вызванной точностью обработки, технологией сборки и т. д.

  1.1 Модель ошибки гироскопа

На выходные данные гироскопа влияют ортогональность системы координат, точность установки и температура окружающей среды, что приведет к изменению смещения нуля гироскопа, масштабного коэффициента, угла ошибки установки и шума. Следовательно, выходная модель гироскопа такая. Следовательно, выходная модель гироскопа имеет вид: Одна часть — это измеренный вектор угловой скорости чувствительной оси, а другая часть — реальный вектор угловой скорости, который будет включать в себя линейный масштабный коэффициент, неортогональную матрицу, постоянный дрейф (нулевой смещение) и ошибка шума гироскопа. Учитывая, что он оказывает незначительное влияние на результаты калибровки, шум игнорируется. Влияние ошибок на калибровку. Пусть K = I + Sω + Nω, тогда формулу можно выразить так:

Среди них Kyx и Kzx — коэффициенты связи углов ошибки установки θxy и θxz чувствительной оси xg. Kxy и Kzy – коэффициенты связи углов ошибки установки θyx и θyz чувствительной оси yg. Kxz и Kyz – коэффициенты связи углов ошибки установки θzx и θzy чувствительной оси zg. Коэффициенты связи, Kxx, Kyy, Kzz – калибровочные коэффициенты чувствительных осей xg, yg, zg, Dωx, Dωy, Dωz – постоянный дрейф (смещение нуля) гирочувствительных осей xg, yg, zg.

1.2 Модель ошибки акселерометра

На выходные данные акселерометра влияют ортогональность системы осей в системе координат, точность установки и температура окружающей среды, что приведет к изменениям смещения нуля акселерометра, масштабного коэффициента, угла ошибки установки и шума, поэтому выходная модель акселерометра является частью программы «Измерь

вектор ускорения для чувствительной оси, и часть его является истинным вектором удельной силы, который будет включать в себя нелинейные масштабные коэффициенты, дрейф неортогональной константы матрицы (смещение нуля) и ошибки шума гироскопа. Учитывая, что он оказывает небольшое влияние на результаты калибровки, шум игнорируется. Влияние ошибок на результаты измерений. Пусть C = I + Sa + Na, тогда формулу можно выразить так:

Среди них Cyx и Czx — коэффициенты связи углов ошибки установки θxy и θxz чувствительной оси xg. Cxy и Czy – коэффициенты связи углов ошибки установки θyx и θyz чувствительной оси yg. Cxz и Cyz – коэффициенты связи углов ошибки установки θzx и θzy чувствительной оси zg. Коэффициент связи, Cxx, Cyy, Czz — калибровочные коэффициенты чувствительных осей xg, yg, zg, Dax, Day, Daz — постоянный дрейф (смещение нуля) чувствительных осей акселерометра xg, yg, zg.

2.Калибровка инерционного измерительного блока.

2.1 Метод калибровки гироскопа

Масштабный коэффициент и погрешность установки гироскопа можно калибровать многопозиционным методом. Чтобы свести к минимуму состояние калибровки, во время первоначальной калибровки чувствительная ось гироскопа должна быть направлена на восток или запад, тогда составляющая скорости вращения Земли по этой оси равна нулю. По этому принципу из 24 состояний выбираются 4 состояния для калибровки гироскопа. Поверните инерциальный измерительный блок в четыре различных положения, как показано на рисунке ниже, последовательно запишите выходные данные трех осевых гироскопов и откалибруйте нулевое смещение, масштабный коэффициент и погрешность установки гироскопа.

2.2 Метод калибровки акселерометра

В своем естественном состоянии на акселерометр не влияют никакие внешние силы или угловые скорости, за исключением ускорения силы тяжести и вращения Земли. Калибровка акселерометра использует метод статической многопозиционной калибровки. IMU поворачивается в 6 различных положений, как показано на рисунке ниже, и выходные данные трехосного акселерометра в каждом положении записываются по очереди, а нулевое смещение и шкала акселерометра калибруются. Факторы и ошибки установки.

В данной статье предлагается метод калибровки недорогого инерционного измерительного блока смещения нуля, масштабного коэффициента и угла ошибки установки, который упрощает процесс калибровки и повышает эффективность калибровки. Метод калибровки был применен к инерционному измерительному блоку, который соответствовал ожидаемым требованиям испытаний и подтвердил правильность и эффективность метода компенсации. Для дальнейшего повышения точности калибровки можно создать температурную модель масштабного коэффициента и температурную модель с нулевым смещением. ER-MIMU-01 и ER-MIMU02, независимо разработанные нашей компанией (ERICCO), калибруются с использованием описанного выше метода калибровки, что эффективно повышает точность продукта. Если вы хотите узнать и приобрести IMU, свяжитесь с нашим техническим персоналом.

свяжитесь со мной:

сайт:Ссылка

Электронная почта: info@ericcointernational.com

WhatsApp: +8613992884879