Преимущества высокоточного инерциального навигационного модуля сталкиваются со значительными ошибками, вызванными дрейфом температуры в пределах полного температурного диапазона. Традиционный метод пошаговой калибровки (сначала независимый температурный тест, а затем калибровка движения) не может эффективно отделять и связывать многомерные ошибки температуры и динамического движения. Двуосный поворотный стол с терморегулированием, сочетая высокоточную двухосную функцию движения с интегрированной средой управления температурой, создал динамическую и температурную композитную систему эталонной калибровки, которая обеспечивает интеграцию, высокую эффективность и высокоточную калибровку и моделирование параметров ошибки в полной температурной области навигационного модуля (ядро IMU). В настоящем докладе подробно описывается состав системы, процесс калибровки, основные технологии и ценность.

i) & nbsp; Обзор системы: от устройств к решениям

Двуосный терморегулирующий ротор - это не просто « обогреватель ротора», а интегрированная система опор для терморегулирования движения, предназначенная для калибровки инерциальных устройств.

Основной состав:

Высокоточный двухосный ротор: обеспечивает точное угловое положение, угловую скорость и возбуждение углового ускорения вокруг внутренних и внешних двух осей (обычно соответствующих оси тангажа и азимута). Ключевые показатели включают в себя очень низкие осевые ошибки (ортогональные ошибки, торцевые прыжки, диаметральные прыжки), обратную связь с кодером с высоким разрешением и отличную плавность скорости, обеспечивающую известность и точность входных стимулов.

Интегрированный модуль управления температурой: непосредственно интегрирован в рабочую полость ротора, с быстрым подъемом и падением умеренной высокой стабильностью термостата (например, скорость изменения температуры ±5 ° C / мин или выше, стабильность ± 0,5 ° C). Конструкция отсека обеспечивает минимизацию влияния на механические и электрические характеристики поворотного стола.

Система управления синхронизацией: ядро заключается в достижении точной синхронизации и скоординированного управления температурным циклом (T - t - кривая) и последовательностью движения (/ омега - t кривая), что является ключом к реализации возбуждения связи.

Решение основной проблемы: традиционный метод помещает IMU в термостат для статического температурного тестирования, может получить только соотношение между параметрами нулевого отклонения и температурой, а динамические параметры, такие как коэффициент шкалы и ошибка установки, по - прежнему должны быть отдельно откалиброваны ротором при комнатной температуре. Этот метод игнорирует изменения самих динамических параметров с температурой и не может описать сложные эффекты, связанные с движением во время изменения температуры (например, переходные ошибки, вызванные термодинамической деформацией). Двуосный терморегулятор обеспечивает свободное сочетание двух режимов: « точное движение при заданной температуре» и « управление изменением температуры во время движения», что полностью возбуждает все источники ошибок.

II. & nbsp; Систематическая калибровка процесса тестирования

Процесс калибровки с использованием двухосного терморегулирующего ротора представляет собой многоступенчатую и многорежимную системную инженерию, направленную на максимизацию видимости параметров.

Первый этап: статическая многопозиционная калибровка в зоне полной температуры

Цель: предварительно установить соотношение между основным нулевым отклонением датчика и температурой и оценить влияние температурного градиента на установку фундамента.

Метод: Установите модуль управления температурой для работы по заданной процедуре (например, изменение от - 40°C до + 70°C при 1°C / min). Во время изменения температуры ротор не статичен, а выполняет набор медленных многопозиционных перевернутых последовательностей (например, через каждые фиксированные температурные интервалы, последовательно указывая на шесть направлений: восток, север, небо, запад, юг, земля). Сбор данных осуществляется в стабильном сегменте каждого местоположения.

Выход: Получение начальных кривых акселерометра и гироскопа с нулевым отклонением от температуры и наблюдение за согласованностью температурного зондирования в разных позициях обеспечивают основу для последующего точного моделирования.

Этап 2: динамическая калибровка температурных точек

Цель: Точная калибровка всех параметров погрешности, связанных с движением, в критических температурных точках (обычно включающих криогенный предел, постоянную температуру, высокотемпературный предел и характерную температуру точки перегиба).

Метод: стабилизация термостата в определенной характерной температурной точке (например, 40°C) и выполнение полной последовательности динамических испытаний после полного теплового погружения:

Тест скорости: вращение вокруг каждой оси с рядом положительных и отрицательных точных скоростей (например, ±1 ° / s, ± 10 ° / s, ± 50 ° / s, ± 100 ° / s, ± 200 ° / s), калибровка коэффициента шкалы и нелинейность.

Определение местоположения: Выполнение многопозиционных статических тестов (например, 24 - позиционный метод или более оптимизированный пользовательский набор местоположений), использование векторов гравитации и векторов скорости вращения Земли в качестве ориентира для точной калибровки нулевого отклонения, установки угла искажения, g - чувствительной ошибки (для гироскопа) и т. Д.

Выход: Получите полную матрицу параметров погрешности в дискретной температурной точке (включая нулевое смещение, коэффициент шкалы, погрешность установки, нелинейный коэффициент второго порядка и т.д.).

Этап 3: Испытание возбуждения на связь между температурой и движением

Цель: Активно возбуждать и распознавать переходные ошибки, связанные с состоянием движения во время быстрого изменения температуры (например, квазистатическое угловое смещение, вызванное термоупругой деформацией).

Метод: Это уникальный расширенный режим тестирования для двухосного ротора управления температурой. Например, поворотный стол управления непрерывно вращается с постоянной скоростью (например, 10° / с), в то время как модулю управления температурой поручено выполнять температурный цикл с более высокой скоростью подъема и охлаждения (например, ±5° C / мин). Анализируя фазовые и амплитудные отношения между выходом IMU и известным входом движения и изменением температуры, можно определить параметры модели теплового гистерезиса, которые не могут быть отделены статическим методом.

III. & nbsp; Ключевые технологии: моделирование температурно - двигательной связи и распознавание параметров

На основе данных, собранных двухосным терморегулирующим ротором, моделирование ошибок обновляется от традиционной независимой модели, связанной с « температурой» или « связанной с движением», до единой модели поля связи « температура - движение».

Модель ошибок связи:

Для любого параметра ошибки P (например, нулевое смещение оси гироскопа X & nbsp;) B_gx）， Модель расширена следующим образом:

P = f(T, dT/dt,ω,f)

Из них, T  Для температуры, dT/dt  Для скорости изменения температуры (для обозначения динамических тепловых эффектов), ω  Введите угловую скорость, f  Ввод в соотношение сил. В практическом применении часто используется метод субмоделирования и повторного синтеза.

Метод решения параметров:

Шаговый двухступенчатый подход: полные параметры погрешности для каждой характерной точки температуры сначала вычисляются с использованием данных динамической калибровки, а затем эти параметрические значения используются в качестве наблюдаемых значений, которые соответствуют их полиномиальному или экспоненциальному соотношению с температурой T (и dT / dt).

Глобальная оптимальная оценка: глобальная модель связи, содержащая все идентифицируемые коэффициенты, вместе с тестовыми данными на всех этапах (статическая температура, динамика с фиксированной точкой, возбуждение связи) создает массивную систему гиперстатических уравнений для решения глобальной оптимизации с использованием взвешенного наименьшего квадрата или пакетной обработки фильтра Кальмана. Теоретически этот метод является наиболее точным и оптимально распределяет вес данных на каждом этапе, но требует высокой точности модели и качества данных.

iv) & nbsp; Обобщение преимуществ и ценности применения

Скачок точности калибровки: Предоставляя синхронный, отслеживаемый эталон температуры и движения, фундаментально решается проблема связи ошибок, калиброванная модель компенсации ближе к реальной рабочей среде, точность поля полной температуры навигационного модуля может быть повышена на порядок.

Революция в эффективности калибровки: процесс, который традиционно занимает несколько недель и завершается несколькими устройствами, такими как температурное тестирование, статическая многопозиционная калибровка, динамическая калибровка скорости и т. Д., Интеграция автоматизирована на одном устройстве, время может быть сокращено до нескольких дней.

Раскрытие глубинных механизмов: уникальная способность тестирования возбуждения связи помогает разработчикам глубоко понять механизм генерации ошибок на уровне устройства (например, g - чувствительный коэффициент температурного дрейфа гироскопа MEMS) и системном уровне (изменение рычага рычага, вызванное тепловым изгибом PCB) и направлять положительные улучшения конструкции.

Повышение надежности: путем применения испытаний на напряжение, охватывающих область полной температуры и полный динамический диапазон, и завершения точной компенсации перед выходом с завода, заблаговременное выявление потенциальных дефектов значительно повышает долгосрочную надежность и стабильность навигационных продуктов в сложных условиях.

Вывод: двухосный поворотный стол с терморегулированием представляет собой современное направление технологии калибровки инерциального навигационного модуля. Он бесшовно интегрирует среду управления температурой с высокоточным эталоном движения и является не только испытательным оборудованием, но и полным решением для « стимулирования ошибок, измерения и моделирования». Благодаря своим систематизированным прикладным процессам можно создать высокоточную модель погрешности связи температуры и движения, которая является незаменимым ключевым инструментом для достижения высокой производительности и надежности высокопроизводительной инерциальной навигационной системы высокого класса.