Zusammenfassung: Die Leistung des hochpräzisen Trägheitsnavigationsmoduls ist im gesamten Temperaturbereich mit erheblichen Fehlern konfrontiert, die durch Temperaturverschiebungen verursacht werden. Traditionelle Schritt-für-Schritt-Kalibrierungsmethoden (zuerst unabhängige Temperaturprüfungen, dann Bewegungskalierungen) können nicht effektiv mehrdimensionale Fehler zwischen Temperatur und dynamischer Bewegung trennen. Durch die Integration der hochpräzisen Dual-Axis-Bewegungsfunktion mit der integrierten Temperaturregelumgebung wurde ein dynamisch-temperaturzusammengesetztes Kalibrierungs-Benchmarksystem aufgebaut, das die Integration, Effizienz und Präzisionskalibrierung und Modellierung der gesamten Temperaturbereichsfehlerparameter des Navigationsmoduls (im Kern IMU) ermöglicht. Dieser Bericht erläutert die Systemzusammensetzung, die Kalibrierungsprozesse, die Kerntechnologien und die Werte.

1.   Systemüberblick: Von der Anlage zur Lösung

Zwei-Achs-Drehtisch ist kein einfacher "Drehtischbeheizungskasten", sondern ein integriertes Temperaturbewegungsreferenzsystem, das speziell für die Normung von Trägheitseinrichtungen entwickelt wurde.

Kernkomposition:

Hochpräzises Doppelachsdrehtisch: Genaue Winkelpositionierung, Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung für die Innen- und Außenachsen (in der Regel entsprechend Neigungs- und Orientierungsachsen). Zu den Schlüsselindikatoren gehören äußerst geringe Achsenfehler (orthogonale Fehler, Endsprung, Radiospung), hochauflösendes Encoder-Feedback und eine ausgezeichnete Geschwindigkeitsgleichheit, die die Bekanntheit und Genauigkeit der Eingangsstimule gewährleistet.

Integrierte Temperaturregelkammer: Direkt in die Arbeitskammer des Drehtisches integriert, mit einer schnellen Erhöhungskühlung und einer hohen Stabilitätstemperaturkenntnis (z. B. Temperaturveränderung über ± 5 ° C / min, Stabilität ± 0,5 ° C). Das Kabinendesign sorgt dafür, dass die Auswirkungen auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Drehtisches minimiert werden.

Synchronisches Steuersystem: Der Kern besteht darin, die genaue synchronisierte und koordinierte Steuerung des Temperaturzyklus (T-t-Kurve) und der Bewegungsfolge (θ/ω-t-Kurve) zu erreichen, was der Schlüssel zur Verwirklichung der Kopplungsstimulierung ist.

Das Kernproblem wurde gelöst: Die herkömmliche Methode, IMU in einem Wärmekammer für statische Temperaturprüfungen zu platzieren, kann nur die Beziehung zwischen null Abweichungsparametern und der Temperatur erhalten, während die dynamischen Parameter wie Skalierfaktor, Installationsfehler und andere noch separat mit einem Drehtisch bei Normaltemperatur kalibriert werden müssen. Diese Methode ignoriert die Veränderung der dynamischen Parameter selbst mit der Temperatur und ist nicht in der Lage, die komplexen Effekte der Kopplung mit der Bewegung während einer Temperaturänderung zu charakterisieren (z. B. transiente Fehler durch thermogene Transformationen). Der Dual-Axis-Temperaturdrehtesch ermöglicht eine freie Kombination der Modi „Präzise Bewegung bei Einstelltemperatur“ und „Kontrolle der Temperaturänderungen während der Bewegung“, um alle Fehlerquellen vollständig zu stimulieren.

Zweitens:   Systematischer Kalibrierungsprüfprozess

Der Kalibrierungsprozess für die Anwendung von Dual-Axis-Temperaturdrehtischen ist ein mehrstufiges, mehrmodulares Systemprojekt, das darauf abzielt, die Beobachtbarkeit der Parameter zu maximieren.

Phase 1: Statische Multiposition-Kalibrierung im Volltemperaturbereich

Ziel: Erstellung einer vorläufigen Abbildung der primären Nullabweichung des Sensors zur Temperatur und Bewertung der Auswirkungen von Temperaturgradienten auf die Montagefläche.

Methode: Stellen Sie die Temperaturbehälter nach dem vorgegebenen Verfahren ein (z. B. von -40 ° C bis +70 ° C bei 1 ° C / min). Während der Temperaturänderung ist der Drehtisch nicht statisch, sondern führt eine langsame Reihenfolge von mehreren Positionen durch (z. B. in jedem festgelegten Temperaturintervall, in der die Reihenfolge sechs Richtungen nach Ost, Nord, Himmel, West, Süd und Erde zeigt). Erfassung von Daten in jedem Stabilitätssegment.

Ausgang: Erhalten Sie die anfängliche Kurve des Beschleunigungsmessers und des Gyroskops mit Nullverfolgung der Temperaturänderung und beobachten Sie die Konsistenz der Temperaturerfassung in verschiedenen Gesten, um die Grundlage für eine nachfolgende präzise Modellierung zu bilden.

Phase 2: Dynamische Präzisionsbestimmung der charakteristischen Temperaturpunkte

Ziel: Präzise Messung aller bewegungsbezogenen Fehlerparameter an kritischen Temperaturpunkten (in der Regel Tieftemperaturgrenzen, Normaltemperaturen, Hochtemperaturgrenzen und charakteristische Wendepunkttemperaturen).

Methode: Stabilisieren Sie die Temperaturkammer an einem bestimmten Temperaturpunkt (z. B. -40 ° C) und führen Sie nach vollständiger Wärmedurchdringung eine vollständige dynamische Testreihenfolge durch:

Geschwindigkeitsprüfung: Drehen um die Achsen mit einer Reihe von positiven und negativen Präzisionsgeschwindigkeiten (z. B. ±1°/s, ±10°/s, ±50°/s, ±100°/s, ±200°/s), um den Skalierfaktor und die Nichtlinearität zu bestimmen.

Positionsverstimmung: Ausführen von statischen Tests mit mehreren Positionen (z. B. 24 Positionsmethode oder ein optimierter benutzerdefinierter Positionssatz), mit Schwerkraftvektoren und Erddrehzahlvektoren als Referenz, um genaue Abweichungen von Null, Montagefälle, g-empfindliche Fehler (zum Gyroskop) usw. zu bestimmen.

Ausgang: Erhalten Sie eine vollständige Fehlerparametermatrix auf diskreten Temperaturpunkten (einschließlich Null-Abweichungen, Skalierfaktoren, Installationsfehler, nichtlinearen Koeffizienten zweiter Ordnung usw.).

Stufe 3: Temperatur-Bewegungskopplung-Anreizprüfung

Ziel: Aktive Anregung und Erkennung von vorübergehenden Fehlern, die an den Bewegungszustand gekoppelt sind (z. B. quasi-statische Winkelverschiebungen durch thermische Deformationen).

Methode: Dies ist ein erweiterter Testmodus, der einzigartig für den Doppelachsdrehtisch ist. Zum Beispiel dreht sich der Steuertisch kontinuierlich mit einer konstanten Geschwindigkeit (z. B. 10°/s) und befiehlt die Temperaturregelkammer, die Temperatur mit einer höheren Kühlgeschwindigkeit (z. B. ±5°C/min) zu kreisen. Durch die Analyse der Phasen- und Amplitudenbeziehungen zwischen IMU-Ausgängen und bekannten Bewegungseingängen sowie Temperaturänderungen können Parameter des Wärmeverzögerungseffektsmodells identifiziert werden, die mit statischen Methoden nicht getrennt werden können.

3.   Schlüsseltechnologien: Temperatur-Bewegungskopplungsmodellierung und Parametererkennung

Basierend auf den Daten, die von einem Dual-Axis-Temperaturdrehtisch erfasst wurden, wurde die Fehlermodellierung von einem herkömmlichen unabhängigen "temperaturbezogenen" oder "bewegungsbezogenen" Modell auf ein einheitliches "Temperatur-Bewegung" -Kopplungsfeldmodell aktualisiert.

Kopplungsfehlermodell:

Für jeden Fehlerparameter P (z. B. Null Abweichung der Gyroskop-X-Achse) B_gx）， Das Modell erweitert sich auf:

P = f(T, dT/dt,ω,f)

Unter ihnen, T  für die Temperatur, dT/dt  für die Temperaturänderungsrate (zur Charakterisierung dynamischer thermischer Effekte), ω  Eingabe der Winkelgeschwindigkeit, f  für den Input. In praktischen Anwendungen wird häufig die Methode der Subpunktmodellierung und -synthese verwendet.

Parameterlösung:

Zweischrittsverfahren: Zuerst werden die vollständigen Fehlerparameter für die jeweiligen Merkmale-Temperaturpunkte mit dynamischen Skalierdaten berechnet und diese Parameterwerte als Beobachtungswerte angepasst, um ihre polynomiale oder exponentielle Beziehung zur Temperatur T (und dT/dt) anzupassen.

Globale optimale Schätzung: Ein globales Kopplungsmodell mit allen zu erkennenden Koeffizienten wird zusammen mit den Testdaten aller Phasen (statische Erwärmung, statische Dynamik, Kopplungsstimulus) für eine einmalige globale Optimierungslösung mit gewichteten Mindestzweifachen oder Batch-Kalman-Filtern erstellt. Diese Methode hat die theoretisch höchste Genauigkeit und ermöglicht die optimale Gewichtsverteilung der Daten in allen Phasen, stellt jedoch hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Modells und die Datenqualität.

4.   Anwendungsvorteile und Werte zusammengefasst

Steigerte Kalibrierungsgenauigkeit: Durch die Bereitstellung synchronisierter, nachverfolgbarer Temperatur- und Bewegungsgrenzwerte wurde das Problem der Fehler-Kopplung grundlegend gelöst und das kalibrierte Kompensationsmodell näherte sich der realen Arbeitsumgebung und erhöhte die Genauigkeit des gesamten Temperaturbereichs des Navigationsmoduls um eine Größenordnung.

Revolution in der Effizienz der Kalibrierung: Automatisieren Sie herkömmliche Prozesse wie Temperaturzyklus-Tests, statische Multi-Position-Kalibrierung und dynamische Geschwindigkeits-Kalibrierung, die mehrere Geräte in Wochen dauern, auf ein Gerät und die Zeit kann auf Tage verkürzt werden.

Entdecken Sie tiefe Mechanismen: Die einzigartige Fähigkeit zur Kupplungsstimulationsprüfung hilft den Forschern und Entwicklern ein tiefes Verständnis der Mechanismen zur Erzeugung von Fehlern auf Geräteebene (z. B. die g-Sensitivitätskoeffizient-Temperaturdrift bei MEMS-Gyroskops) und auf Systemebene (Veränderungen des Hebelarms durch PCB-Wärmebiegung) und führt zu positiven Konstruktionsverbesserungen.

Verbesserte Zuverlässigkeit: Die Langzeitzuverlässigkeit und Stabilität der Navigationsprodukte unter komplexen Arbeitsbedingungen werden durch Beanspruchungsprüfungen über den gesamten Temperaturbereich und den gesamten Dynamikbereich vor der Produktion erheblich verbessert und durch eine präzise Kompensation potenzieller Mängel im Voraus ausgesetzt.

Schlussfolgerung: Der Dual-Axis-Drehtisch stellt die fortschrittliche Richtung der aktuellen Technologie für die Kalibrierung von Trägheits-Navigationsmodulen dar. Es ist eine nahtlose Integration von Temperaturbedienungsumgebungen mit hochpräzisen Bewegungsgrenzwerten und ist nicht nur ein Testgerät, sondern auch eine komplette Lösung für die „Fehlerstimulation, Messung und Modellierung“. Durch den systematischen Anwendungsprozess ist die Möglichkeit, hochzuverlässige Temperatur-Bewegungs-Kupplungsfehlermodelle aufzubauen, ein unverzichtbares Schlüsselwerkzeug für die hohe Leistung und Zuverlässigkeit von High-End-Trägheits-Navigationssystemen.