Калибровка ДУС на поворотной установке

На первом этапе калибровки задаются угловые скорости вращения ДУС, не изменяя его положения относительно ускорения силы тяжести . Поэтому модель выходного сигнала ДУС (3.3), которая может быть идентифицирована на данном этапе, принимает вид

, (3.4)

где U_wz0S – суммарное смещение нуля ДУС, .

Для существенного уменьшения влияния шума измерения выходной сигнал ДУС осредняется в течении времени измерения (обычно 30…60 с), поэтому в выражении (3.4) шум измерений n_wz не учитывается.

Для точного задания угловой скорости вращения в лабораторных работах используются одноосные поворотные установки типа МПУ и УПГ с ручным заданием угловой скорости.

Измерительный модуль или другое устройство, в котором установлен ДУС, устанавливается одной своей базой на платформу поворотного устройства. Требование к точности установки ДУС на платформе очень важны так как при калибровке будет сформировано направление измерительной оси ДУС, перпендикулярное площадке поворотного устройства.

Поскольку поворотные установки типа МПУ и УПГ являются одноосными, то для полной калибровки ДУС в соответствии с моделью (3.4) необходимо трижды переустанавливать на платформе чтобы задавать скорость вращения вокруг каждой из трех осей (w_x , w_y , w_z).

С целью уменьшения количества переустановок, в данной лабораторной работе ограничимся калибровкой ДУС только по прямому каналу измерений (вокруг оси Z). В этом случае модель (3.4) выходного сигнала ДУС принимает вид:

, (3.5)

Для вычисления параметров k_z , U_wz0S , достаточно задать два значения угловой скорости w_z . В результате получим два линейных уравнения вида (3.5) с двумя неизвестными k_z , U_wz0S , которые легко определяются.

Однако на практике задают несколько значений угловой скорости вращения в диапазоне измерений ДУС для более точного построения статической характеристики (3.5). В данной лабораторной работе необходимо использовать несколько значений угловой скорости прежде всего с целью усреднить ошибки задания угловой скорости на самих поворотных установках УПГ и МПУ, которые в силу своего физического износа уже не обеспечивают необходимую точность и стабильность вращения платформы.

В результате задания N >2 значений угловой скорости вращения w_zi получим N значений выходного сигнала ДУС U_wzi , что позволяет построить зависимость U_wzi (w_zi) для i=1, …, N. Аппроксимируем эту зависимость прямой линией с уравнением (3.5) по методу наименьших квадратов. В результате определяем коэффициенты модели (3.5) по формулам:

; . (3.6)

Калибровка ДУС на ОДГ

Второй этап калибровки позволяет определить коэффициенты модели выходного сигнала ДУС (3.3) U_wz0 , b_zx , b_zy , b_zz , которые не могли быть определены на первом этапе (при вращении ДУС) без задания линейных ускорений вдоль каждой оси.

На втором этапе калибровки ДУС не вращается, а устанавливается неподвижно в различные положения относительно вектора ускорения силы тяжести – как при калибровке акселерометров, проводимой в ходе лабораторных работ 1 и 2. Для этого также используются оптическая делительная головка (ОДГ).

При неподвижном относительно Земли ДУС его абсолютная угловая скорость вращения равна скорости вращения Земли, . Поскольку объектом исследования в данной работе являются микромеханические ДУС со стабильностью нулевого сигнала грубее чем 0.01 °/с, то можно считать, что они практически не чувствуют вращение Земли со скоростью 15°/час = 0.004°/с. В результате можно положить, что абсолютная угловая скорость вращения неподвижного ДУС =0. Подставляя в выражение (3.3) w_x = w_y = w_z = 0, для неподвижного ДУС получим:

. (3.7)

Для выполнения второго этапа калибровки ДУС устанавливается на базовую площадку ОДГ, ось вращения которой и сама площадка выставлены в горизонте с высокой точностью.

Напомним, при неподвижном основании кажущееся ускорение равно ускорению силы тяжести , взятому с обратным знаком , и что вектор направлен по вертикали вниз.

Точно так же, как и при калибровке акселерометров, задавая с помощью ОДГ фиксированные положения ДУС относительно вектора ускорения силы тяжести , тем самым задаем проекции кажущегося ускорения a_x , a_y , a_z по осям X, Y, Z, и получаем систему линейных уравнения вида (3.7), которая позволяет определить искомые коэффициенты U_wz0 , b_zx , b_zy , b_zz .

Зададим положения ДУС при калибровке на ОДГ в соответствии с табл.3.1. Подставляя значения проекций кажущегося ускорения a_x , a_y , a_z из табл.3.1 в выражение (3.7), получим значения выходного сигнала ДУС U_wz в каждом из положений, которые также приведены в табл.3.1.

Таблица 3.1. Положение осей ДУС при калибровке на ОДГ и соответствующие

№	Положение осей ДУС	Угол по шкале ОДГ	Про­екции	Про­екции кажущегося ускорения	Выходной сигнал ДУС (3.7)
Поворот вокруг оси X
		0°	gx= 0 gy= 0 gz= – g	ax= 0 ay= 0 az= g	Uwz1 = bzz g + Uwz0
		90°	gx= 0 gy= g gz= 0	ax= 0 ay= –g az= 0	Uwz2 = –bzy g + Uwz0
		180°	gx= 0 gy= 0 gz= g	ax= 0 ay= 0 az= –g	Uwz3 = –bzz g + Uwz0
		270°	gx= 0 gy= – g gz= 0	ax= 0 ay= g az= 0	Uwz4 = bzy g + Uwz0
Поворот вокруг оси Y
		0°	gx= 0 gy= 0 gz= – g	ax= 0 ay= 0 az= g	Uwz5 = bzz g + Uwz0
		90°	gx= – g gy= 0 gz= 0	ax= g ay= 0 az= 0	Uwz6 = bzx g + Uwz0
		180°	gx= 0 gy= 0 gz= g	ax= 0 ay= 0 az= –g	Uwz7 = –bzz g + Uwz0
		270°	gx= g gy= 0 gz= 0	ax= –g ay= 0 az= 0	Uwz8 = –bzx g + Uwz0

Для существенного уменьшения влияния шума измерения n_wz , выходной сигнал ДУС осредняется в течении времени измерения (обычно 30…60 с), поэтому в выражениях в табл.3.1 шум измерений n_wz из (3.7) не учитывается.

Согласно выражениям в последней колонке табл.3.1, определяем искомые параметры модели (3.7) выходного сигнала ДУС:

b_zx = (U_wz6 – U_wz8) /2g; b_zy = (U_wz4 – U_wz2) /2g; b_zz = (U_wz1–U_wz3 + U_wz5 –U_wz7) /4g;

U_wz0 = . (3.8)

Естественно, для вычисления параметров ДУСов по формулам (3.8) необходимо знать модуль вектора ускорения силы тяжести в месте проведения калибровки.

В результате описанных выше двух этапов калибровки, по формулам (3.6) и (3.8) определяются все параметры модели выходного сигнала ДУС (3.3).

Отметим, что в состав измерительного модуля систем ориентации и навигации обычно входят три ДУС со взаимно ортогональными осями чувствительности. Калибровка ДУСов производится после их установки в измерительный модуль и полного электрического монтажа штатных измерительных цепей. Калибровка всех трех ДУСов производится одновременно по описанной выше методике.

Поиск по сайту: