倾角回转误差计算[惯性MEMS倾角测量误差补偿设计].doc

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1、 倾角回转误差计算惯性MEMS倾角测量误差补偿设计 引言 利用惯性元件可以对运动体的姿势进展测量，惯性MEMS（微机电系统）元件是近年来新消失的惯性器件，其具有低本钱、高牢靠性、低功耗、尺寸小等技术优势1，只是目前 精度还比拟低，但这项技术的性能每年都有大幅度提高，应用领域也日益广泛。陀螺仪在进展运动体姿势角测量时，随着测量时间的增加会产生漂移23，使所测得的姿势角不精确。在飞行器垂直起降阶段，飞行器可以看作是定基座装置，这样便可以用加速度计对飞行器进展等效倾角测量，并且由于加速度计漂移很小，其长时间测得的倾角也较为精确。因此，可以利用其对陀螺仪进展倾角测量的修正补偿4。飞行器垂直起降阶段掌握

2、系统框图如图1所示，由内外双回路掌握系统实现，其中姿势角的检测用于外角度环的掌握5。本次设计采纳的MEMS惯性测量元件为ADI公司的陀螺仪ADXRS612，这是一款低本钱角速率传感器，带有温度补偿输出，测量范围为250/ s，输出比例因素为7mV/s，带宽为0.01Hz2.5kHz可调，漂移约为6/ min，通过温度补偿算法可使漂移掌握在200/h，可用在惯性测量单元与平台稳定系统中。利用ADXRS612进展姿势测量，只需将其输出对时间积分，即可得到被控对象在某一转动方向上的倾斜角。掌握系统整体构造及倾角测量原理ADIS16210是基于SPI通讯方式的三轴加速度计，其测量范围为1.7g，工作电

3、压为3.0V3.6V，带宽50Hz，用户可编程的采样频率、平均滤波截止频率以及输出校正。利用三轴加速度计进展倾角测量时，为消退重力加速度值不固定的影响，采纳反正切的方法来计算。如图2所示，为水平线与加速度计x轴的夹角，为水平线与加速度计y轴的夹角，为重力矢量与z轴的夹角。以一般状况图(d)为例，加速度计x轴输出为：sin加速度计融合补偿由于陀螺仪在短时间内的动态特性较好，且漂移是长时间累积产生的，因此在设计利用加速度计对陀螺仪所测倾角进展修正的方法中，我们采纳在5ms短时间周期的姿势角由陀螺仪来确定，而在5s长时间补偿周期中，利用加速度计所测的等效倾角对陀螺仪所测角度进展误差补偿，这样便兼顾了二者的特性优势。每次长周期开头的250ms内，取50组陀螺仪角度与加速度计所测角度的差，如图3所示。从图中可以看出，陀螺仪漂移误差存在肯定的波动，考虑到陀螺仪自身工作状态由于试验条件的影响，会消失一些不稳定的状况，加之试验中所取的点也会由于噪声的影响，使试验数据消失波动，这里我们忽视这些影响因素，只对陀螺仪漂移误差呈现直线趋势的局部进展补偿。我们设计采纳最小二乘直线拟合，来修正每次长周期剩余4.75s内陀螺仪积分角度误差，这样就能减小陀螺仪的漂移影响了。修正机理如图4所示。每一个5ms短周期内，分别检测出横滚、俯仰以及偏航方向上的角速率，积分求出角度增量?，与上一次得到的姿势角*