Resumen: el rendimiento del módulo de navegación inercial de alta precisión se enfrenta a un desafío de error significativo causado por la deriva de la temperatura en todo el rango de temperatura. El método tradicional de calibración paso a paso (primero prueba de temperatura independiente y luego calibración de movimiento) no puede separar y acoplar eficazmente los errores multidimensionales de la temperatura y el Movimiento dinámico. Al integrar la función de movimiento de dos ejes de alta precisión con el entorno de control de temperatura integrado, la Mesa giratoria de control de temperatura de dos ejes construye un sistema de referencia de calibración compuesto dinámico - temperatura, que realiza la integración, alta eficiencia y alta precisión de la calibración y modelado de los parámetros de error de todo el rango de temperatura del módulo de navegación (el núcleo es imu). Este informe detalla la composición de su sistema, el proceso de calibración, la tecnología central y el valor.

I & nbsp; Visión general del sistema: del dispositivo a la solución

La Mesa giratoria de control de temperatura de dos ejes no es una simple "caja de calentamiento de la Mesa giratoria", sino un sistema integrado de referencia de movimiento de control de temperatura diseñado especialmente para la calibración de dispositivos inerciales.

Composición básica:

Mesa giratoria de doble eje de alta precisión: proporciona una posición angular precisa, velocidad angular y excitación de Aceleración angular alrededor de los dos ejes internos y externos (generalmente correspondientes a los ejes de inclinación y azimut). Sus indicadores clave incluyen errores de eje extremadamente bajos (errores de ortodoncia, saltos finales, saltos de diámetro), retroalimentación de codificadores de alta resolución y excelente estabilidad de velocidad para garantizar la visibilidad y precisión de las excitación de entrada.

Cabina integrada de control de temperatura: integrada directamente en la cavidad de trabajo de la Mesa giratoria, con capacidad de control de temperatura de elevación rápida, temperatura y alta estabilidad (como una tasa de cambio de temperatura de más de ± 5 ° C / min, estabilidad de ± 0,5 ° c). El diseño de la cabina garantiza la minimización del impacto en las propiedades mecánicas y eléctricas de la Mesa giratoria.

Sistema de control simultáneo: el núcleo está en lograr la sincronización cronológica precisa y el control coordinado del ciclo de temperatura (curva T - t) y la secuencia de movimiento (curva theta / Omega - t), que es la clave para lograr la excitación de acoplamiento.

El problema central resuelto: los métodos tradicionales colocan el IMU en la Caja de temperatura para la prueba de temperatura estática, sólo pueden obtener la relación entre parámetros como la desviación cero y la temperatura, mientras que los parámetros dinámicos como el factor de escala y el error de instalación todavía deben calibrarse por separado con una mesa giratoria a temperatura ambiente. Este método ignora el cambio de los parámetros dinámicos en sí con la temperatura y no puede caracterizar los efectos complejos de acoplamiento al Movimiento durante el cambio de temperatura (como el error instantáneo causado por la deformación térmica). La Mesa giratoria de control de temperatura de dos ejes realiza una combinación libre de los dos modos de "movimiento preciso a la temperatura establecida" y "control de cambios de temperatura durante el movimiento", estimulando así completamente todas las fuentes de error.

II. & nbsp; Proceso de prueba de calibración sistemático

El proceso de calibración con una mesa giratoria de control de temperatura de dos ejes es una ingeniería de sistemas multietapa y multimodo, que tiene como objetivo maximizar la observabilidad de los parámetros.

Fase 1: calibración estática de múltiples posiciones en todo el rango de temperatura

Objetivo: establecer inicialmente la relación de mapeo entre la desviación cero principal del sensor y la temperatura, y evaluar el impacto del gradiente de temperatura en la base de instalación.

Método: establecer la cabina de control de temperatura para funcionar de acuerdo con el procedimiento predeterminado (por ejemplo, de - 40 ° C a + 70 ° C a 1 ° C / min). Durante el cambio de temperatura, la Mesa giratoria no es estática, sino que realiza un conjunto de secuencias de volteretas multiposición lentas (por ejemplo, cada intervalo de temperatura fijo, el orden apunta a las seis direcciones este, norte, cielo, oeste, Sur y tierra). Los datos se recogen en la sección estable de cada posición.

Salida: obtener la curva inicial de la desviación cero del acelerómetro y el giroscopio con el cambio de temperatura, y observar la consistencia de la detección de temperatura en diferentes actitudes, proporcionando una base para el modelado preciso posterior.

Fase 2: calibración de la precisión dinámica de los puntos de temperatura característicos

Objetivo: calibrar con precisión todos los parámetros de error relacionados con el movimiento en puntos de temperatura clave (generalmente incluyendo límite de baja temperatura, temperatura ambiente, límite de alta temperatura y temperatura de punto de inflexión característico).

Método: estabilizar la cabina de control de temperatura en un punto de temperatura característico (como - 40 ° c) y remojarla completamente en caliente, realizar una secuencia de prueba dinámica completa:

Prueba de velocidad: girar alrededor de cada eje a una serie de velocidades precisas positivas y negativas (como ± 1 ° / s, + 10 ° / s, + 50 ° / s, + 100 ° / s, + 200 ° / s), calibrar el factor de escala y la no lineal.

Calibración de posición: realizar pruebas estáticas de múltiples posiciones (como el método de 24 posiciones o un conjunto de posiciones personalizado más optimizado), utilizar el vector de gravedad y el vector de velocidad de rotación de la tierra como referencia para calibrar con precisión la desviación cero, instalar el ángulo de desalineación, el error de sensibilidad g (para el giroscopio), etc.

Salida: se obtiene una matriz completa de parámetros de error (incluyendo desviación cero, factor de escala, error de instalación, coeficiente no lineal de segundo orden, etc.) en puntos de temperatura discretos.

Fase 3: prueba de excitación de acoplamiento temperatura - Movimiento

Objetivo: estimular e identificar activamente los errores instantáneos acoplados al Estado de movimiento durante los rápidos cambios de temperatura (como el desplazamiento del ángulo cuasiestático causado por la deformación termoelástica).

Método: este es el modo de prueba avanzado único de la Mesa giratoria de control de temperatura de dos ejes. Por ejemplo, la Mesa giratoria de control gira continuamente a una velocidad constante (por ejemplo, 10 ° / s), mientras ordena a la cabina de control de temperatura que realice un ciclo de temperatura a una velocidad de enfriamiento superior (por ejemplo ± 5 ° C / min). Al analizar la relación de fase y amplitud entre la salida de la IMU y la entrada de movimiento conocida y el cambio de temperatura, se pueden identificar los parámetros del modelo de efecto de retraso térmico que no se pueden separar por métodos estáticos.

III. & nbsp; Tecnología clave: modelado de acoplamiento de temperatura y movimiento e identificación de parámetros

Basado en los datos recogidos por la Mesa giratoria de control de temperatura de dos ejes, el modelado de errores se ha actualizado del modelo independiente tradicional "relacionado con la temperatura" o "relacionado con el movimiento" al modelo unificado de campo de acoplamiento "temperatura - movimiento".

Modelo de error de acoplamiento:

Para cualquier parámetro de error P (como la desviación cero del eje X del giroscopio & nbsp; B_gx）， Su modelo se extiende a:

P = f(T, dT/dt,ω,f)

entre los cuales, T  Para la temperatura, dT/dt  Es la tasa de variación de temperatura (utilizada para caracterizar el efecto térmico dinámico), ω  Introducir para la velocidad angular, f  Entrada para la fuerza comparativa. En la aplicación práctica, a menudo se utiliza el método de modelado segmentado y recomposición.

Método de resolución de parámetros:

Método de dos pasos segmentado: primero se utilizan datos de calibración dinámica para resolver los parámetros de error completos de cada punto de temperatura característico, y luego estos valores de parámetros se utilizan como observaciones para ajustar su relación polinómica o exponencial con la temperatura T (y DT / dt).

Estimación óptima global: construir un sistema de ecuaciones indeterminadas a gran escala con un modelo de acoplamiento global que incluya todos los coeficientes a identificar junto con los datos de prueba de todas las etapas (cambio de temperatura estático, dinámica de punto fijo, excitación de acoplamiento), y utilizar mínimos cuadrados ponderados o filtrado de Kalman por lotes para la optimización global única. Este método tiene la mayor precisión teórica y puede asignar óptima el peso de los datos en cada etapa, pero requiere una precisión extremadamente alta del modelo y la calidad de los datos.

IV. & nbsp; Resumen de las ventajas y valores de la aplicación

Salto de precisión de calibración: al proporcionar una referencia de temperatura y movimiento sincronizada y trazable, se resuelve fundamentalmente el problema del acoplamiento de errores, y el modelo de compensación calibrado está más cerca del entorno de trabajo real, lo que puede mejorar la precisión de todo el rango de temperatura del módulo de navegación en un orden de magnitud.

Revolución de la eficiencia de la calibración: la integración de los procesos tradicionales de prueba de ciclo de temperatura, calibración estática de múltiples posiciones y calibración dinámica de velocidad, que requieren varias semanas y se dividen en varios equipos, se automatiza en un solo equipo, y el tiempo se puede acortar a unos días.

Revelar el mecanismo profundo: la capacidad única de prueba de excitación de acoplamiento ayuda al personal de I + D a comprender en profundidad el mecanismo de generación de errores a nivel de dispositivo (como la deriva de temperatura del coeficiente de sensibilidad G del giroscopio microelectrónico) y a nivel de sistema (cambio del brazo de palanca causado por la flexión térmica del pcb), y guía la mejora del diseño positivo.

Mejorar la fiabilidad: al aplicar pruebas de estrés que cubran todo el rango de temperatura y todo el rango dinámico antes de salir de la fábrica y completar una compensación precisa, exponer defectos potenciales con antelación, mejorar significativamente la fiabilidad y estabilidad a largo plazo de los productos de navegación en condiciones de trabajo complejas.

Conclusión: la Mesa giratoria de control de temperatura de dos ejes representa la dirección avanzada de la tecnología actual de calibración del módulo de navegación inercial. Integra perfectamente el entorno de control de temperatura con referencias de movimiento de alta precisión, no solo como un equipo de prueba, sino también como una solución completa de "excitación de error, medición y modelado". A través de su proceso de aplicación sistemático, se puede establecer un modelo de error de acoplamiento temperatura - Movimiento de alta fidelidad, que es una herramienta clave indispensable para lograr un alto rendimiento y alta fiabilidad de los sistemas de navegación inercial de alta gama.