Диссертация (1025150), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

секx~ , угл. секy~ , угл.секz0-0.050403-0.0206650.00332410.000032-0.0021840.0090042-0.000907-0.000241-0.00047330.000054-0.0000250.000190Таблица 3.7.Точность определения погрешностей масштабных коэффициентовk~y , ppmk~x , ppmk~z , ppm№00.2443580.8446750.0161151-0.000154-0.1404360.04365320.0043980.023515-0.0022943-0.000264-0.0039190.000921Таблица 3.8.Точность определения углов неортогональности осей чувствительности№ ~1 , угл . сек ~ 2 , угл .

сек ~3 , угл. сек ~ 4 , угл . сек~5 , угл. сек~6 , угл. сек0-0.135344-0.043382-0.056022-0.0929240.072411-0.15999810.0224990.007232-0.006191-0.009687-0.0120710.0265912-0.003768-0.001207-0.000641-0.0010950.002015-0.00445430.0006280.000202-0.000073-0.000109-0.0003370.00074278Таблица 3.9.Точность определения погрешностей выставки испытательного стенда№ ~1 , угл . сек~3 , угл. сек0-4.988419-1.58915010.835127-0.1753732-0.139204-0.01816530.023268-0.002075Рисунок 3.4.Сходимость оценок смещений нулей79Рисунок 3.5.Сходимость оценок погрешностей масштабных коэффициентовРисунок 3.6.Сходимость оценок углов неортогональности осей чувствительности80Рисунок 3.7.Сходимость оценок погрешностей выставки испытательного стендаПо данным из Таблиц 3.6 – 3.9 и графикам на Рисунках 3.4 – 3.7 можносделать вывод, что синтезированная итерационная процедура калибровкиявляется корректной, характеризуется высокой сходимостью и обеспечиваетточное и достоверное определение оценок инструментальных погрешностейакселерометров.81Выводы по третьей главе1.

Посредствомпримененияоцениваниядляоптимальногонелинейнойзадачиалгоритмакалибровкилинейногосинтезированапроцедура калибровки блока акселерометров БИНС.2. На основе комбинирования модели процесса инвариантной калибровкии модели измерений горизонтальных акселерометров построенаитерационная процедура калибровки, обеспечивающая повышениеточности и достоверности оценок инструментальных погрешностейакселерометров.3.

В составе синтезированной итерационной процедуры калибровкиосуществлен учет неравноточности измерительных каналов блокаакселерометров БИНС, что обеспечивает повышение точности идостоверностиоценокинструментальныхпогрешностейакселерометров.4. Проведеночисленноемоделированиеитерационнойпроцедурыкалибровки блока акселерометров БИНС с использованием пакетаприкладных программ MatLab.

Установлено, что предложеннаяитерационнаяпроцедуракалибровкиобеспечиваетточноеидостоверное определение оценок инструментальных погрешностейакселерометров и характеризуется высокой сходимостью.82Глава 4. Экспериментальные исследования разработанныхинвариантных программ и итерационной процедуры калибровкиблока акселерометров БИНС4.1.Экспериментальная установка и оборудованиеЭкспериментальноеисследованиеразработанныхинвариантныхпрограмм и итерационной процедуры калибровки блока акселерометровБИНС проводилось с использованием высокоточного двухстепенногоиспытательного стенда AC2237-TC (Рисунок 4.1) производства фирмы«Асutronic» (Швейцария).Рисунок 4.1.Точный двухстепенный испытательный стенд AC2247-TCИспытательный стенд AC2247-TC включает в свой состав контроллерAcutrol 3000, позволяющий сформировать управляющие команды дляосуществления: фиксированныхповоротовназаданныеуглывокругвнутренней/внешней оси испытательного стенда; вращений вокруг внутренней/внешней оси испытательного стенда сзаданной угловой скоростью;83 стабилизации температуры внутри камеры испытательного стенда; изменения температуры внутри камеры испытательного стенда всоответствии с заданной циклограммой.ИспытательныйстендAC2247-TCобладаетследующимитехническими характеристиками:Биение осей, угл.

сек…………………………………………………………….<5Ортогональность осей, угл. сек……………………………………………….+/-5Позиционная точность, угл. сек………………………………………………….5Угловая скорость (внутренняя ось), град/с...…………………………….+/-1200Угловая скорость (внешняя ось), град/с…………………………………...+/-600Диапазон температур, oС…………………………………………………-55/+100Скорость охлаждения, oС/мин………………………………………………......-4Скорость нагрева, oС/мин……………………………………………………….+4Стабильность температуры, oС……………………………………………...+/-1.5Вкачествеиспытуемогоприборабылвыбранмаятниковыйкомпенсационный акселерометр А-100 (чувствительный элемент выполненизкремния)производствафирмыАО«Инерциальные«Технокомплекса» (Рисунок 4.2).Рисунок 4.2.Внешний вид акселерометра А-100технологии84АкселерометрА-100обладаетследующимитехническимихарактеристиками:Диапазон измерения, g…………………………………………………………..12Крутизна:крутизна по току, mA/g………………………………………………….0.8 –1.2стабильность, ppm……………………………………………………………<50температурный коэффициент, ppm…………………………………………120Тяжение:тяжение (постоянная составляющая), mg…………………..………………<18стабильность от запуска к запуску, µg……………………………………….50температурный коэффициент, µg/ oС……………………………………….<20Дрейф нулевого сигнала, g/ч………………………………...…………….<7x10-5Температура окружающей среды, oС……………………………………..-60/+80Напряжение питания, В………………………………………………………+/-15Габаритные размеры, мм……………………………………………...38x38x22.2Масса (с электроникой), г……………………………………………………...<55Испытуемыйблокакселерометровустанавливаетсяпосредствомтехнологического приспособления в камере испытательного стенда AC2247TC.

В ходе осуществления калибровки испытательный стенд обеспечиваеториентацию осей чувствительности акселерометров в соответствии сзаданной программой калибровки. При этом управление испытательнымстендом AC2247-TC осуществляется посредством контроллера Acutrol 3000(Рисунок 4.3).Рисунок 4.3.Схема информационного взаимодействия85Операторпосредствомспециализированноготехнологическогопрограммного обеспечения формирует в памяти персонального компьютера(ПК) управляющие команды необходимые для обеспечения заданнойпрограммы калибровки: управляющие команды для осуществления фиксированных поворотовна заданные углы вокруг внутренней/внешней оси испытательногостенда; управляющиекомандыдляосуществлениявращенийвокругвнутренней/внешней оси испытательного стенда с заданной угловойскоростью; управляющие команды для осуществления стабилизации температурывнутри камеры испытательного стенда; управляющие команды для осуществления изменения температурывнутри камеры испытательного стенда в соответствии с заданнойциклограммой.Набор управляющих команд загружается через локальную сеть Ethernetв контроллер Acutrol 3000, который формирует аналоговые сигналы,подаваемые на исполнительные устройства (электрические двигатели,клапаны температурной камеры) испытательного стенда AC2247-TC.Текущие значения параметров (углы поворота вокруг внешней/внутреннейоси, измеряемые датчиками угла положения, угловые скорости повнешней/внутренней оси, температура внутри камеры) испытательногостенда AC2247-TC передаются в контроллер Acutrol 3000, где на основеразноститекущихизаданныхзначенийпараметровформируютсякорректирующие аналоговые сигналы.Измерительная информация (выходные данные измерительных каналовускорений блока акселерометров, измерения температурных датчиковакселерометров) обновляется с частотой 400 Гц и передается в ПК черезпоследовательный порт RS-422.86Измерительная информация с выхода контроллера Acutrol 3000(измерениядатчиковуглаположения,угловыескоростиповнешней/внутренней оси) обновляется с частотой 100 Гц и передается в ПКчерез локальную сеть Ethernet.4.2.Анализ шумовых составляющих измерительных каналов блокаакселерометров с использованием вариации АлланаНа этапе формирования измерительной информации, необходимой дляопределения оценок инструментальных погрешностей акселерометров, осичувствительности испытуемых приборов ориентируются относительноизмеряемого(согласновекторазаданнойвфиксированныхпрограммеизмерительныхкалибровки).Приположенияхэтомшумовыесоставляющие акселерометров и блока сервисной электроники оказываютвлияниенаточностьидостоверностьопределениявеличиныметрологического эталона (модуль вектора ускорения силы тяжести g ) [43,45].

В свою очередь погрешность измерения величины метрологическогоэталона будет влиять на точность определения оценок инструментальныхпогрешностей акселерометров.В связи с этим возникает необходимость в исследовании структурышумовых составляющих измерительных каналов блока акселерометров сцелью: определения количественного вклада шумовых составляющихизмерительных каналов блока акселерометров в погрешность определениявеличины метрологического эталона; определение рационального временирегистрациивыходныхданныхизмерительныхканаловблокаакселерометров с целью точного и достоверного определения величиныметрологического эталона.Наиболеераспространенныеспособыисследованияслучайныхпроцессов, базирующиеся на статистическом подходе (оценки выборочныхдисперсий, среднеквадратических отклонений и т. д.) не всегда позволяют87определить структуру шумовых составляющих измерительных каналов блокаакселерометров [44, 63].

Это обусловлено тем, что в составе измеренийможетсодержатьсянесколькоисточниковшума.Тогда,анализсиспользованием статистического подхода не позволит определить источникипогрешностей и их количественный вклад в общую ошибку [48].На сегодняшний день, одним из наиболее эффективных способовисследования структуры шумовых составляющих измерительных каналовускорений и угловых скоростей инерциальных навигационных системявляется способ на основе вариации (дисперсии) Аллана [41, 42, 72, 73, 76,78, 80, 81].Суть метода вариации Аллана заключается в определении дисперсийне самих отклонений случайного процесса, а разности средних значений двухсоседних выборок [44, 45, 48].

Другими словами, массив из N измерений,сформированных с некоторой постоянной частотой дискретизации   1 / t(через равные промежутки t ) разбивается на K выборок. Каждая изM измерений, посредством усреднения которыхвыборок содержитопределяется среднее значение измеряемого параметра X K . При этомвариация Аллана A2 представляет собой дисперсию разницы среднихзначений X K , рассчитанных по двум соседним выборкам [48]:1 K Xi1  Xi 2. 2K 1 i12A(4.1)Для анализа шумовых составлявших измерительных каналов блокаакселерометров строится график зависимости значений  A , рассчитанных всоответствии с (4.1) от времени (значения  по оси абсцисс, а так жезначения  A по оси ординат откладываются в логарифмическом масштабе).Характерный вид A  - графика представлен на Рисунке 4.4.88Рисунок 4.4.Характерный вид Вариации АлланаИз Рисунка 4.4.

видно, что график вариации Алана имеет 5 наклонов,характеризующих различные составляющие шумов.Наклон «-1» характеризует шум квантования. Возникновение шумаквантования обусловлено наличием в составе измерительных каналов блокаакселерометров сервисной электроники. Аналоговый сигнал (напряжение) свыхода акселерометров подается на вход блока сервисной электроники, гдепосредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП) входной сигналпреобразуется в дискретный цифровой код.

При этом АЦП преобразуетсигнал с ограниченной точностью, зависящей от целого ряда егохарактеристик:частотыдискретизации,разрешающейспособности,наличием нелинейности и т.д. Вследствие этого, значение исходногоаналогового сигнала, поступающего, на вход АЦП будет отличаться отвыходного, преобразованного сигнала.Вариация Аллана для данного вида шума имеет следующий вид:3Q2    2 .2QЗдесь Q  коэффициент шума квантования.(4.2)89Наклон «-1/2» характеризует аддитивную составляющую белого шума.Стоит отметить, что большая часть существующих работ в областиисследования шумовых характеристик с использованием вариации Алланапосвящена гироскопам.

Характеристики

Список файлов диссертации