Диссертация (1025150), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

При этом смещение нуля акселерометраХ изменилось более чем на 0.015 м/с2.По данным из Рисунка 4.15 видно, что наибольшей температурнойзависимостью характеризуется погрешность масштабного коэффициентаакселерометра Z. Так, в диапазоне температур окружающей среды от -55 oСдо +60oС погрешность масштабного коэффициента акселерометра Хизменилась более чем на 1.5%, в то время как аналогичные изменения дляакселерометров X, Y не превышают 0.7% и 0.2% соответственно.По данным из Рисунка 4.16 видно, что углы неортогональности осейчувствительности акселерометров слабо зависят от температуры. На всемтемпературном диапазоне максимальное изменение углов не превышает 1.1угл.

мин.Точность полиномиального описания температурной зависимостиинструментальных погрешностей акселерометров будем определять, какотклонениеоценокоднородныхпогрешностейотсоответствующихаппроксимирующих функции (Таблицы 4.16 – 4.18, Рисунки 4.17 – 4.19)Таблица 4.16.Точность аппроксимации смещений нулей№ x , угл. сек y , угл.

сек z , угл. сек1-3.21.2-1.221.5-0.2-0.433.8-1.92.242.0-1.41.65-1.40.9-0.36-3.72.1-1.5117Таблица 4.16. (продолжение)№ x , угл. сек y , угл. сек z , угл. сек7-4.21.2-1.68-0.5-0.2-1.095.6-2.20.6107.4-1.32.711-4.81.4-0.312-6.10.8-0.5133.6-0.5-0.3Среднеквадратическое отклонение, угл. сек4.31.41.4Таблица 4.17.Точность аппроксимации погрешностей масштабных коэффициентовk y , ppmk x , ppm№12345678910111213-4.727.5-2.7-2.14.7-37.515.2-26.3-2.6-2.8-4.936.4-3.940.7-10.210.5-1.1-25.61.3-40.212.5-16.25.547.4-9.0-11.5Среднеквадратическое отклонение, ppm7.730.1k z , ppm-2.9-21.5-1.928.437.034.6-20.6-69.2-64.6-7.860.4125.3-97.159.2118Таблица 4.18.Точность аппроксимации углов неортогональности осей чувствительности№1 , угл. сек 2 , угл.

сек3 , угл. сек4 , угл. сек 5 , угл. сек6 , угл. сек11.4-2.9-3.2-0.11.1-2.420.2-0.3-0.1-0.10.40.03-1.13.72.50.3-2.12.24-2.02.63.80.1-0.82.75-1.61.02.60.1-0.91.760.5-0.4-0.10.11.2-1.172.0-3.3-3.7-0.12.2-2.382.62-4.1-4.90.20.7-3.491.4-2.2-4.3-0.8-0.8-2.1100.11.6-0.1-0.3-0.90.411-5.06.98.20.7-0.25.012-1.30.96.60.9-1.33.9132.7-3.6-7.2-0.71.3-4.5Среднеквадратическое отклонение, угл. сек2.23.34.60.51.32.9119Рисунок 4.17.Точность аппроксимации оценок смещений нулейРисунок 4.18.Точность аппроксимации оценок погрешностей масштабныхкоэффициентов120Рисунок 4.19.Точность аппроксимации оценок углов неортогональности осейчувствительностиПо данным из Таблицы 4.16 и Рисунка 4.17 видно, что максимальноеотклонениеоценоксмещенийнулейакселерометровY,Zотсоответствующих аппроксимирующих функции не превышает 3 угл.

сек. Приэтоммаксимальнаяошибкааппроксимацииоценоксмещениянуляакселерометра Х достигает 7 угл. сек.По данным из Таблицы 4.17 и Рисунка 4.18 видно, что ошибкиаппроксимацииоценокпогрешностеймасштабныхкоэффициентовакселерометров X, Y не превышают +/-50 ppm. При этом акселерометр Z вобластиположительныххарактеризуетсякоэффициента.температурсущественнойТак,отклонение(наборыизмеренийнестабильностьюоценкипогрешности8–13)масштабногомасштабногокоэффициента акселерометра Z от аппроксимирующей функции притемпературе окружающей среды +50 oС (12 набор измерений) достигает 125ppm.121По данным из Таблицы 4.18 и Рисунка 4.19 видно, что максимальнаяошибкааппроксимацииоценокугловнеортогональностиосейчувствительности акселерометров не превышает 9 угл.

сек.4.7.Экспериментальное исследование точностных характеристиктемпературной модели блока акселерометровЭкспериментальноетемпературноймоделиисследованиеблокаточностныхакселерометровА-100характеристикпроводилосьсиспользованием двух наборов измерений, сформированных при температуреокружающей среды -400С и +500С соответственно. Указанные наборыизмерений были сформированы в условиях, когда температура окружающейсреды изменялась на +100С (относительно начальной температуры) соскоростью +2 0С/мин.Характерный вид измерений блока акселерометров и термодатчиковакселерометров приведен на Рисунках 4.20, 4.21. Уточненные измеренияблока акселерометров, полученные с учетом оценок инструментальныхпогрешностей(Таблица4.15)приведенынаРисунках4.22,4.23.Информационные невязки блока акселерометров, сформированные поуточненным измерениям в соответствии (4.9) приведены на Рисунках 4.24,4.25.ПримечаниеНа Рисунках 4.20, 4.21 начальные значения температур, измеренныетемпературными датчиками акселерометров, не соответствуют температуреокружающей среды (-400С и +500С соответственно) при которой были сформированынаборы измерений.

Это обусловлено тем, что перед формированием каждого набораизмерений блок акселерометров находился во включенном состоянии в течениеопределенного времени, что в свою очередь сопряжено с повышением температурывнутри измерительного блока (ввиду собственного нагревания).Перед формированием информационных невязок, приведенных на Рисунках 4.24,4.25, уточненные измерения акселерометров (Рисунки 4.22, 4.23) сглаживались фильтром(скользящее среднее) с интервалом усреднения 60 секунд.122Рисунок 4.20.Измерения блока акселерометров и термодатчиков акселерометров (1 набор измерений)123Рисунок 4.21.Измерения блока акселерометров и термодатчиков акселерометров (2 набор измерений)124Рисунок 4.22.Уточненные измерения блока акселерометров (1 набор измерений)125Рисунок 4.23.Уточненные измерения блока акселерометров (2 набор измерений)126Рисунок 4.24.Точность калибровки блока акселерометров (1 набор измерений)Рисунок 4.25.Точности калибровки блока акселерометров (2 набор измерений)127По данным из Рисунков 4.20, 4.21 видно, что измерения блокаакселерометров характеризуются ярко выраженным трендом, которыйобусловлен изменением температуры окружающей среды.Учеттемпературноймоделиинструментальныхпогрешностей(Таблица 4.15) позволил существенно снизить температурную зависимостьакселерометров (Рисунки 4.22, 4.23).

При этом в условиях динамическогоизменения температуры окружающей среды (на +100С относительноначального значения со скоростью +2 0С/мин) с последующим собственнымнагреванием блока акселерометров (в течение 3 часов) максимальноезначение информационной невязки не превысило 12 угл. сек. (Рисунки 4.24,4.25).Таким образом, по результатам проведенного экспериментальногоисследования можно сделать вывод, что сформированная температурнаямодель позволяет с высокой точностью компенсировать инструментальныепогрешности акселерометров, обусловленные изменением температурыокружающей среды.128Выводы по четвертой главе1. Проведен анализ шумовых составляющих измерительных каналовблока акселерометров БИНС с использованием вариации Аллана.Установлено, на точность калибровки блока акселерометров наиболеекритичноевлияниеоказываетнестабильностьсмещениянуля,определяющая: оптимальное время усреднения выходных данныхизмерительных каналов блока акселерометров БИНС; потенциальнодостижимуюточностьопределениявеличиныметрологическогоэталона.2.

Проведено экспериментальное исследование шумовых составляющихблока акселерометров БИНС. Установлено, что: оптимальное времяусреднениявыходныхданныхизмерительныхканаловблокаакселерометров составляет 163 секунды; погрешность определениявеличины метрологического эталона составляет 1.6 угл. сек. для каналаХ (2σ), 1.3 угл. сек. для канала Y (2σ) и 2.7 угл. сек. для канала Z (2σ);измерительныеканалыиспытуемогоблокаакселерометровхарактеризуются существенной неравноточностью (нестабильностьсмещений нулей для каналов Y и Z отличается на 60%).3.

Проведеноэкспериментальноехарактеристикитерационнойисследованиепроцедурыточностныхкалибровкиблокаакселерометров БИНС. Установлено, что предложенная итерационнаяпроцедуракалибровкидостоверностьюпозволяетопределятьсвысокойточностьюинструментальныеипогрешностиакселерометров.4.

Проведеносравнительноеэкспериментальноеисследованиеточностных характеристик оптимальной инвариантной программыкалибровкииз18измерительныхположенийиинвариантной129программы калибровки из 24 измерительных положений. Установлено,что предложенная оптимальная инвариантная программа калибровкине уступает по точности инвариантной программе калибровки из 24измерительных положений и позволяет с высокой точностью идостоверностью определять оценки инструментальных погрешностейакселерометров. При этом использование оптимальной инвариантнойпрограммы калибровки из 18 измерительных положений позволяетсущественно повысить эффективность исследования температурнойзависимостиинструментальныхпогрешностейакселерометровблагодаря снижению трудозатрат на осуществление процедурыкалибровки на 33%.5.

Проведеноэкспериментальноеисследованиетемпературнойзависимости инструментальных погрешностей блока акселерометровА-100. В ходе исследования была построена математическая модель,описывающаятемпературнуюзависимостьинструментальныхпогрешностей акселерометров в диапазоне от температур от -55oС до+60oС.6.

Проведеноэкспериментальноеисследованиеточностныххарактеристик температурной модели блока акселерометров А-100.Установлено, что использование температурной модели позволяет:существенно снизить температурную зависимость акселерометров;повысить точность и достоверность калибровки акселерометров вдиапазоне температур от -55oС до +60oС.130Общие выводы и заключениеОсновными результатами исследований, проведенных в рамкахдиссертации, являются:1. Синтез нелинейной математической модели процесса калибровкиблокаакселерометровБИНСсиспользованиемточногодвухстепенного испытательного стенда.

Разработанная модель сочетаетв себе достоинства как инвариантного подхода, позволяющего свысокой точностью и достоверностью определить оценки смещенийнулей и погрешностей масштабных коэффициентов, так и моделиизмерений акселерометров, обеспечивающей точное и достоверноеопределение оценок углов неортогональности осей чувствительности ипогрешностей выставки испытательного стенда.2. Синтез и исследование точностных характеристик оптимальнойинвариантной программы калибровки блока акселерометров БИНС.Синтез и исследование точностных характеристик инвариантнойпрограммы калибровки блока акселерометров БИНС для случая учетаквадратичных составляющих масштабных коэффициентов в составемоделипроцессаинвариантнойкалибровки.Разработаннаяоптимальная программа калибровки включает в свой состав 18измерительных положений и позволяет сократить трудозатраты наосуществление процедуры калибровки на 33% без существенногоснижения точности определения инструментальных погрешностейакселерометров.Порезультатампроведенныхисследованийустановлено, что независимо от используемой программы калибровки,расширениевекторасостояниямоделипроцессаинвариантнойкалибровки с учетом квадратичных составляющих погрешностей131масштабных коэффициентов акселерометров приводит к снижениюточности определения смещений нулей более чем в 3 раза.3.

Синтез итерационной процедуры калибровки блока акселерометровБИНС. Посредством комбинирования модели процесса инвариантнойкалибровки и модели измерений горизонтальных акселерометровпостроена итерационная процедура калибровки блока акселерометров,обеспечивающаяповышениеточностиидостоверностиоценокинструментальных погрешностей акселерометров. Кроме того, всоставепредложеннойитерационнойпроцедурыкалибровкиосуществлен учет неравноточности измерительных каналов блокаакселерометров,чтообеспечиваетдостоверностиоценокповышениеинструментальныхточностиипогрешностейакселерометров.4. Проведениеэкспериментальныхисследованийточностныххарактеристик оптимальной инвариантной программы и итерационнойпроцедуры калибровки блока акселерометров БИНС. Результатыэкспериментальныхисследованийсвидетельствуютовысокойэффективности оптимальной инвариантной программы и итерационнойпроцедуры калибровки блока акселерометров.132Список сокращенийАЦП – аналого-цифровой преобразователь;БИНС – бесплатформенная инерциальная навигационная система;БКПИ – блок конфигурации программ испытаний;БОИ – блок обработки информации;БПК – блок проверки и контроля;БРИ – блок регистрации измерений измерения акселерометров;БУС – блок управляющих сигналов;ПК – персональный компьютер.133Список литературы1.

Характеристики

Список файлов диссертации