一種慣性平臺角度傳感器誤差標定補償方法與流程
2023-06-03 07:25:21 1
本發明涉及一種慣性平臺角度傳感器誤差標定補償方法，尤其是一種在慣性平臺系統上利用了慣性器件作為基準來實現在平臺系統上的框架角度傳感器標定與補償的方法，屬於傳感器標定領域。
背景技術：
慣性平臺系統使用的框架角傳感器是一種雙通道多極旋轉變壓器(以下簡稱傳感器)，傳感器存在幅值誤差、正交誤差和偏心誤差，誤差呈現出高次諧波和低次諧波的規律，可以根據這些誤差特性對傳感器進行誤差建模，然後通過對傳感器標定得到傳感器的誤差數據，通過數據處理的方法估計出傳感器誤差模型中的誤差係數從而實現補償。中國專利公開號CN101271007A，公開日是2008年9月24日，名稱為「一種基於速率轉臺的旋轉變壓器測角誤差的標定補償方法」中公開了一種利用速率轉臺標定角度傳感器的方法，該方法將被標定的角度傳感器緊貼速率轉臺安裝面進行安裝，通過動態標定試驗和靜態標定試驗及數據分析方法得到傳感器的誤差模型。然而現有的方法都是單表級的標定方法，具體實現是通過利用外部高精度的角度基準速率轉臺來逐點標定誤差。這種方法的缺點是速率轉臺作為重要的標定設備價格昂貴，標定操作複雜，標定測試周期長，對標定傳感器在轉臺上的安裝要求高，最重要的是測試標定環境屬於單表級的標定，而傳感器補償後使用環境屬於系統級，造成了傳感器標定環境和使用環境的不一致，這將導致傳感器由於再次安裝在平臺系統中而導致傳感器本身誤差大小發生變化，從而使得按照單表標定得到的模型去補償在平臺系統中使用的傳感器的補償效果變差，甚至出現補償錯誤現象。
技術實現要素：
本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足之處，提供一種基於慣性基準的平臺系統角度傳感器誤差標定補償方法，標定中不需要藉助外部高精度速率轉臺等輔助設備，完全利用平臺系統自身特有的功能來完成在平臺上的標定，操作簡單，標定周期短，保證了標定環境和使用環境的一致。本發明的技術解決方案是：一種慣性平臺角度傳感器誤差標定補償方法，包括步驟如下：(1)慣性平臺系統通電至正常工作，慣性平臺系統將被標定的角度傳感器所在的平臺框架軸旋轉到指定豎直位置並保持其在方位鎖定狀態，另外兩個平臺框架軸通過調平迴路進行水平調平使其位於水平位置；(2)通過恆流源給慣性平臺系統豎直方位的陀螺力矩器加入指定大小的恆定電流，陀螺將通過穩定迴路帶動鎖定在豎直方位的平臺框架運動，被標定角度傳感器產生連續角度輸出，慣性平臺系統採集記錄被標定角度傳感器的輸出角度數據；(3)從被標定角度傳感器輸出的角度數據中找到最接近被標定角度傳感器0度的點作為起點A，最接近360度的點作為終點B，將AB之間的角度數據進行一次線性擬合；(4)利用AB之間的角度數據減去步驟(3)一次線性擬合的角度數據得到被標定角度傳感器一個機械周期內的標定誤差，對標定誤差進行傅立葉分析得到被標定角度傳感器誤差模型中的誤差係數進而得到誤差模型；(5)將被標定角度傳感器的誤差係數寫入慣性平臺系統控制程序，對慣性平臺系統工作時實時採集到的平臺系統框架角度輸出按步驟(4)中得到的誤差模型進行補償，從而提高平臺系統的測角精度。所述慣性平臺系統通過自身任意位置轉位功能將慣性平臺系統的框架軸鎖定在豎直位置和水平位置。所述被標定角度傳感器所在的平臺框架軸在豎直位置通過平臺系統方位鎖定迴路進行方位鎖定，鎖定精度和鎖定位置不受限制；另外兩個平臺框架軸利用慣性平臺系統的加速度計通過平臺系統調平迴路進行水平調平，調平精度小於等於0.5度。所述步驟(2)中啟動恆流源的時間為在調平迴路穩定後，恆定電流的穩定度為10-5、大小為50毫安，被標定角度傳感器的採樣周期為2毫秒，通過觀測平臺測試數據保證被標定角度傳感器完整轉過至少一圈即可關閉恆流源輸入。本發明與現有技術相比的有益效果是：(1)本發明實現了在平臺系統上對平臺框架角度傳感器的標定，不需要藉助外部高精度轉臺等輔助設備，標定中只需要在平臺系統現有功能基礎上增加具有一定精度的外部恆流源模塊，操作簡單，標定周期短，保證了標定環境和角度傳感器的使用環境一致，從而保證了標定補償效果，極大地提高了平臺系統的測角精度。(2)本發明採用平臺框架軸鎖定在豎直位置能夠保證角度傳感器的角度輸出在地球自轉天向分量和天向陀螺系統漂移引起仍然是線性的。附圖說明圖1為本發明慣性系統示意圖；圖2為本發明方法流程圖；圖3為本發明角度傳感器標定誤差；圖4為本發明角度傳感器誤差模型；圖5為本發明角度傳感器補償後的殘差。具體實施方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式做進一步的描述。如圖1所示，本發明所採用的角度傳感器誤差標定系統包括慣性平臺系統、平臺電路箱、平臺測試機櫃和恆流源，其中，慣性平臺系統又包括角度傳感器、陀螺以及陀螺力矩器和加速度計；將慣性平臺系統、平臺電路箱和恆流源放置於水平大理石檯面上，電路箱與慣性平臺系統相連，用於給慣性平臺系統供電及控制與監測平臺本體的正常運行，平臺測試機櫃與平臺電路箱相連，用來給平臺發控制指令以及顯示平臺的運行情況，恆流源的輸出與慣性平臺系統的對應陀螺儀力矩器相連，用於標定平臺角度傳感器。如圖2所示，本發明一種慣性平臺角度傳感器誤差標定補償方法具體步驟如下：(1)慣性平臺系統通電至正常工作，慣性平臺系統將被標定的角度傳感器所在的平臺框架軸旋轉到指定豎直位置並保持其在方位鎖定狀態(平臺框架軸鎖定在豎直位置能夠保證角度傳感器的角度輸出在地球自轉天向分量和天向陀螺系統漂移引起仍然是線性的)，另外兩個平臺框架軸通過調平迴路進行水平調平使其位於水平位置(慣性平臺系統通過自身任意位置轉位功能將慣性平臺系統的框架軸鎖定在豎直位置和水平位置)；平臺系統需具有任意位置轉位功能、方位鎖定功能、調平功能以及採集角度傳感器輸出的功能，通過平臺測試機櫃給平臺發出通電指令，直到平臺正常工作，通過測試機櫃發出平臺任意位置轉位指令，將被標定角度傳感器所在的平臺框架軸旋轉到豎直方位，然後執行方位鎖定的功能，鎖定精度和鎖定位置不受限制，另外兩個平臺框架軸利用慣性儀表加速度計來保持調平鎖定狀態，調平精度在0.5度之內即可(兩個平臺框架軸保持在水平狀態用來保證被標定角度傳感器所在的平臺框架軸在豎直方位)，保證水平軸調平穩定(本發明中調平穩定時刻的判斷是通過測試機櫃來檢測調平迴路的狀態)(2)通過恆流源給慣性平臺系統豎直方位的陀螺力矩器加入指定大小的恆定電流，陀螺將通過穩定迴路帶動鎖定在豎直方位的平臺框架運動，被標定角度傳感器產生連續角度輸出，慣性平臺系統採集記錄被標定角度傳感器的輸出角度數據；啟動恆流源的時間為在調平迴路穩定後，恆定電流的穩定度為10-5、大小為50毫安，被標定角度傳感器的採樣周期為2毫秒，通過觀測平臺測試數據保證被標定角度傳感器完整轉過至少一圈即可關閉恆流源輸入；採用的恆流源的電流精度和平臺方位陀螺的隨機漂移大小將決定整個標定過程的精度水平，本發明實例的恆流源採用FLUCK公司的5700型高精度校準源，能提供50-100毫安任意電流，電流穩定性高達10-5，電流大小和精度能滿足標定要求，平臺系統採用高精度三浮陀螺儀，陀螺隨機漂移很小能滿足標定要求。本發明採用的加矩電流為50毫安，對傳感器輸出的採樣周期為2毫秒，角度傳感器的軸角轉換電路對恆定角速度輸入不存在跟蹤誤差，加入恆定電流後通過測試機櫃監測方位角度傳感器所轉過的角度，當具有最少一個機械周期內完整數據後即可切斷恆流源輸入，完成此傳感器的角度採集，本發明中標定一個軸傳感器的時間在5分鐘之內。(3)從被標定角度傳感器輸出的角度數據中找到最接近被標定角度傳感器0度的點作為起點A，最接近360度的點作為終點B，將AB之間的角度數據進行一次線性擬合(由於恆流源指令加矩電流、地球自轉投影分量和豎直方位陀螺系統漂移而引起的角度線性增加部分，所以對數據進行一次線性擬合)；(4)如圖3、4所示，利用AB之間的角度數據減去步驟(3)一次線性擬合的角度數據得到被標定角度傳感器一個機械周期內的標定誤差，對標定誤差進行傅立葉分析得到被標定角度傳感器誤差模型中的誤差係數進而得到誤差模型(將標定誤差利用傅立葉方法進行分析，得到傳感器一個機械周期內不同諧波次數下對應的幅值和相位值，挑選諧波次數中幅值較大的分量組成傳感器的誤差模型為：f(θ)＝∑Aicos(ωiθ+φi)，其中，ωi表示傳感器的諧波次數，大小分別為1、2、32、64、128和256，Ai和φi分別表示對應諧波的幅值和相位)。(5)將被標定角度傳感器的誤差係數寫入慣性平臺系統控制程序，對慣性平臺系統工作時實時採集到的平臺系統框架角度輸出按步驟(4)中得到的誤差模型進行補償，從而提高平臺系統的測角精度。在平臺系統控制程序的定時中斷服務程序中採集平臺框架角度實時輸出值θ，將輸出值代入誤差模型f(θ)中得到補償的誤差值，將補償後的值θ-f(θ)作為角度傳感器的輸出值用於平臺系統的調節和控制，從而提高平臺系統的測角精度，如圖5所示，角度傳感器的精度得到了很大提高。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域技術人員的公知技術。