【doc】 角加速度陀螺仪自动测试系统的设计

【doc】 角加速度陀螺仪自动测试系统的设计 角加速度陀螺仪自动测试系统的设计 58传感器技术(JournalofTransducerTechnology)2005年第24卷第12期 角加速度陀螺仪自动测试系统的设计 潘盛辉,汪渤 (1.广西工学院电子信息与控制 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系.广西柳州545006; 2.北京理工大学信息科学技术学院.北京100081) 摘要:针对角加速度陀螺仪生产装配过程中产品性能测试的需要,根据角加速度陀螺仪的工作原理,推 导了其简化的工程应用数学模型,采用以数据采集卡为核心的计算机系统,设计了一种用于角加速度陀螺 仪静态参数的自动测试系统.试验表明:系统数据处理精度小于0.5%,其测试精度和效率得到明显改 善. 关键词:角加速度陀螺仪;静态参数;自动测试系统 中图分类号:TP274文献标识码:A文章编 9787(2005)12—0058—03 号:1000— Designofautomatictestingsystemforangularacceleration gyroscope PANShenghut,WANGBo. (1.DeptofElctInfoandContEngin,GuangxiUniversityofTechnology,Liuzhou545006Guangxt,China; 2.SchofInfoSciandTech.BeringInstituteofTechnology,Belling100081,China) Abstract:Accordingtothetestdemandoftheproductperformanceintheassembleprocess,asimplified mathematicalmodelinpracticalapplicationisdeducedonthebasisoftheworkingprincipleoftheangular accelerationgyroscope.Thecomputersystemcentringatdatacollectingcardisusedaautomatictestingsystemis designedtotestthestaticparameterofangularaccelerationgyroscope.Experimentshowsthattheprecisionofdata processislessthan0.5%.thetestingprecisionandefficiencyisimproved. Keywords:angularaccelerationgyroscope;staticparameter;automatictestingsystem 0引言 随着角加速度陀螺仪等惯性器件在惯性导航与制导系 统中的广泛应用,角加速度陀螺仪在设计定型,生产调试, 供货验收等过程中必须进行相应的性能测试.传统的角加 速度陀螺仪的测试系统主要由角振动转台配上相应示波器 等通用仪器构成.但仅适用于实验室研制阶段的性能测 试,存在着操作较为复杂,测试时间较长.而且,配置的测试 软件系统功能单一,操作界面不够直观等缺点,不适用于定 型生产过程的产品性能测试.因此,角加速度陀螺仪自动 测试系统的研制对提高角加速度陀螺仪的性能测试的效 率,精确度等方面都具有十分重要的意义. 角加速度陀螺仪自动测试系统的主要技术指标:角振动 转台的速率范围为0—300./s,最大角加速度为20000./s. 角振动的振幅精度为0.01.,数据采集精度<0.03%,系统 数据处理误差<1%. 1角加速度陀螺仪的工作原理及其静态参数测试原理 收稿日期:2005—06—2l 1.1工作原理 角加速度陀螺仪由单轴速率陀螺,传动装置和电磁感 应系统组成,其结构如图1所示. 单轴速率 应系统 置 图1角加逯度陀螺仪结构图 Fig1Structuraldiagramofangnlaraccelerationgyroscope 单轴速率陀螺是根据单自由度陀螺仪具有敏感绕其缺 少转动自由度方向旋转角速度的特性,及在绕内框架轴向 的外力矩作用下,陀螺仪的转子轴也绕内框架轴转动的特 性来工作的….在稳定状态时,单轴速率陀螺仅敏感输入 轴(Z轴)的角速度.感应线圈偏离平衡位置的角度与速 第l2期潘盛辉等:角加速度陀螺仪自动测试系统的设计59 率陀螺敏感输入轴的角速度成比例关系.而电磁感应系统 的感应线圈处于永久磁铁的磁场中,在线圈平面转动角时, 在线圈中会感应出电势e(t).在小角度转动的情况下,穿 过线圈磁通量的变化与转动角度成正比,而由法拉第定律 知,感应电势与磁通的微分成比例.因此,电磁感应系统的 感应线圈输出的感应电势e(t)与单轴速率陀螺敏感轴的 角加速度dto/dt也成比例关系. 1.2静态参数测试原理 根据角加速度陀螺仪的结构特点,从控制理论的观点 分析,单轴速率陀螺是一个比例振荡环节,传动装置是,个 比例环节,电磁感应系统是一个微分环节.根据刚体动力 学原理及电磁学原理,采用如图1所示的坐标系OXYZ (向为陀螺自转轴向,y向为输出轴向,z向为输入轴 向),对角加速度陀螺仪进行分析后建立其数学模型,即 G(赭=,) 式中G(s)为角加速度陀螺仪的传递 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 ;e为角加速度 陀螺仪输出电势.V;为载体绕输入轴(即Z轴)的输入角 速度,(.)/s;K为比例系数;7’为陀螺仪的时间常数,s;sr为 陀螺仪的阻尼系数;s为拉普拉斯变换算子. 考虑工程应用及测试的需要,为减少陀螺仪响应输出 信号中高频噪声的影响,在角加速度陀螺仪的感应线圈输 出端外加一个滤波电容c,并与系统工作时内阻组成一 个屁c转换电路,将其输出电势e(t)转换为电容输出电压 U(t),其频域关系式为 一— Le()一RCs+1’(2) 式中U为角加速度陀螺仪的工作电压,V;R为角加速度 陀螺仪内阻值,n;C为滤波电容值,F. 因此,实际工作时,角加速度陀螺仪系统的传递函数 G(s)为 c小=?糟 1 .T’丽(3) 对系统的幅频特性进行仿真,幅频特性曲线如图2 所示. 从系统的幅频特征性曲线可知,系统的传递函数在低 频段(图中,虚线左边<100rad/s,即l厂<16Hz)的稳定状 态在工程上可近似简化为 G(s)=KA?s,(4) 式中K为角加速度陀螺仪的简化比例系数. 故角加速度陀螺仪系统的输出电压与绕输入轴输入的 角加速度的关系为 V(s)=KA鲫(s).(5) 对式(5)作反拉普拉斯变换,且初始条件为0,故有 )=, 式中上为时域中输入角加速度,豫d/. 墨 i砻 骤 (6) 圈2角加速度陀螺仪的辆频特性曲线 用窖2Am#mde-frequencedmraeteristieeul~eofangular acceleration~,roseope 因此,对于角加速度陀螺仪系统,在稳定状态时的静态 参数仅需要测试其值.并可通过指定的角加速度输入 对静态参数进行测试和分析处理. 2自动测试系统的硬件组成 角加速度陀螺仪自动测试系统硬件系统由转台,信号 凋理电路,数据采集卡和计算机组成,如图3所示. 图3自动测试系统结构国 Fig3Structuraldiagramofautomatictestingsystem 其中,转台是一个单轴角振动/速率转台.角加速度陀 螺仪按 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 安装在转台上. 信号调理电路是为减少角加速度陀螺仪响应输出信号 中高频噪声的影响而对其输出信号进行低通滤波,并对信 号进行隔离,放大或衰减处理. 数据采集卡是用于角加速度陀螺仪的输出信号的数据 采集. 计算机系统是用于运行角加速度陀螺仪自动测试系统 的应用程序. 3自动测试系统的软件设计 角加速度陀螺仪自动测试系统的软件开发环境采用 C++Builder,操作环境为Windows9x/2000. 根据工程应用的需要,角加速度陀螺仪自动测试系统 由系统设嚣,测试处理,图形显示和测试 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 等模块组成, 如图4所示. 系统设置模块完成对转台通信控制,数据采集卡的设 置功能;测试处理模块完成转台工作方式,测试方式,参数 传感器技术第24卷 圈4系统功能结构圈 Fig4Structuredlagr~aofsystemfunction 设置,数字滤波及静态参数自动计算等性能测试处理;波形 显示模块完成信号波形显示及静态参数拟合直线显示;测 试报告模块根据用户需要自动生成测试报告. 4试验结果及分析 根据角加速度陀螺仪的静态参数的测试要求,用自动 测试系统对一个在相同条件下已经过标定的静态参数 为0.550的参考角加速度陀螺仪按8个不同的输入测试参 数进行5次重复测试,所得角加速度陀螺仪的实际输出结 果如表l所示. 表1试验数据 Tab1Experimental?lata 测试结果表明: (1)采用自动测试的各项测试中,最大相对误差,平均 相对误差均小于传统手动测试的相应值,可见系统的自动 测试精度得到提高; (2)采用自动测试的各项测试中,贝塞尔(Besse1)法J 计算出的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 差均小于传统手动测试的相应值,可见系统 的自动测试的可靠性得到提高; (3)系统还可根据实测数据自动计算得到角加速度陀 螺仪的相应静态参数分别为0.551,0.549,0.554, 0.547,0.549.的最大相对误差仅为0.36%,小于实际 应用中系统要求的数据处理精度(值为1%),自动测试 的数据处理结果达到工程需要的技术指标. 5结束语 角加速度陀螺仪自动测试系统已应用于实际生产过程 的产品性能测试,界面友好,操作方便.应用证明:该自动 测试系统的应用提高了产品的测试精度和工作效率. 参考文献: [1]彭兴泉,余惠阶.陀螺仪原理及应用[M].北京:北京理工大 学出版社,1992.10—120. [2]?许江宁,边少峰,殷立吴.陀螺原理[M].E京:国防工业出版 社.2005.38-46. [3]楼顺天,于卫.基于MATLAB的系统分析与设计一控制系 统[IIf].西安:西安电子科技大学出版社,1998.63—66. [4]刘君华,申忠如,郭福田.现代测试技术与系统[M].北京:电 子工业出版社.2005.116—117. 作者简介: 潘盛辉(1971一),男,广西融水入,讲师,硕士,主要从事测控 技术与仪器的研究工作.