Лян Цин. Система ориентации с модуляционным вращением на основе двух микромеханических инерциальных измерительных модулей

Краткое описание

Лян Цин.
Система ориентации с модуляционным вращением на основе двух микромеханических инерциальных измерительных модулей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.03 / Лян Цин; [Место защиты: С.-Петерб. гос. электротехн. ун-т (ЛЭТИ)]. - Санкт-Петербург, 2018. - 132 с. : ил.

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и
оптики»
На правах рукописи

Лян Цин
Система ориентации с модуляционным вращением на основе двух микромеханических инерциальных измерительных модулей
05.11.3 -Приборы навигации
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель д.т.н., профессор, Степанов Олег Андреевич
Санкт-Петербург - 2018 
Оглавление
Введение 4
Глава 1 Пути повышения точности систем ориентации с использованием двух инерциальных измерительных модулей 11
1.1 Обзор методов повышения точности систем ориентации и навигации
11
1.2 Постановка задачи исследований 25
1.3 Принципы построения системы ориентации с использованием двух
ИИМ и суть предлагаемого метода 29
1.4 Выводы по главе 38
Глава 2 Алгоритмы решения задачи ориентации для системы, построенной на основе двух инерциальных измерительных модулей 39
2.1 Математическая модель погрешностей системы ориентации,
построенной на основе двух инерциальных измерительных модулей 39
2.2 Алгоритмы обработки измерений от двух инерциальных
измерительных модулей 45
2.3 Анализ наблюдаемости погрешностей ИИМ 63
2.4 Режимы работы системы ориентации 72
2.5 Выводы по главе 79
Глава 3 Исследование точности оценивания погрешностей системы ориентации 80
3.1 Анализ влияния неопределенности модели погрешностей ИИМ и
адаптивный алгоритм 80
3.2 Модель погрешностей и метод калибровки датчика угла поворота
платформы 87
3.3 Анализ влияния случайных белошумных погрешностей ДУ и ДУС на
точность оценивания погрешностей ИИМ 94
3.4 Выводы по главе 
Глава 4 Результаты моделирования и испытаний макетного образца
системы ориентации 101
4.1 Результаты моделирования 101
4.2 Результаты экспериментальных исследований 110
4.3 Выводы по главе 118
Заключение 119
Список литературы 120

Список литературы

Заключение
В диссертации разработана система ориентации на основе двух
микромеханических ИИМ, обеспечивающая повышение точности
определения углов ориентации малых подвижных объектов. Основные
результаты диссертационной работы заключается в следующем:
1. Предложена система ориентации, построенная на основе двух микромеханических ИИМ, установленных на двух одноосных поворотных платформах, оси вращения которых ортогональны.
2. Разработаны две схемы построения алгоритма на основе комплементарного фильтра для решения задачи обработки измерений, обеспечивающие оценивание смещений нулей, погрешностей масштабных коэффициент и углов рассогласования без привлечения внешней навигационной информации.
3. Проведено исследование наблюдаемости типовых составляющих погрешностей двух ИИМ и погрешностей сборки разработанной системы и показана наблюдаемость смещений нулей, погрешностей масштабных коэффициентов, углов рассогласования и угла 5 при переменных скоростях модуляционного вращения обеих платформ и при наличии углового движения объекта.
4. Введена модель погрешностей датчиков угла вращения платформ и предложен метод их калибровки на основе комплексирования измерений ДУС и ДУ. Экспериментально показано, что после калибровки погрешность составила ±0,036°.
5. Рассмотрено влияние погрешностей ДУ и ДУС на точность оценивания погрешностей ИИМ. При использовании винеровского процесса для описания модели смещений нулей ДУС погрешность их оценивания составляет 8 °/ ч при использовании ДУ с СКО менее 0,036 ° и ДУС с СКО шумов меньше 0,04 °/ с.
6. Предложен адаптивный алгоритм фильтрации, позволяющий в условиях неопределённости модели датчиков, обеспечить повышение точности оценивания смещений нулей ДУС на 15% по сравнению с результатами для расширенного фильтра Калмана, соответствующего заданной фиксированной модели.
7. Проведены испытания макетного образца на стенде. Показано, что погрешности определения углов ориентации динамичного объекта не превышает 8 градусов за 1 час автономной работы с использованием микромеханических ИИМ потребительного класса- MPU6050.
8. Показано, что предложенная система ориентации с использованием двух грубых микромеханических ИИМ MPU6050 позволяет повысить точность выработки углов ориентации по сравнению с системой, построенной на одном таком же блоке более чем 5 раз, и не уступает по точности системе ориентации, построенной на более точном микромеханическом ИИМ MSI300B.