基于超聲電機(jī)的mems慣性器件旋轉(zhuǎn)調(diào)制測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超聲電機(jī)的MEMS慣性器件旋轉(zhuǎn)調(diào)制測試系統(tǒng)，屬于航空航天定位導(dǎo)航與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著微型MEMS技術(shù)和旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)越來越成熟，基于MEMS慣導(dǎo)器件的旋轉(zhuǎn)調(diào)制系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，即通過引入轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)MEMS慣性元件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制，從而提高低精度、低成本MEMS慣導(dǎo)器件的性能。目前國外的MEMS旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)較為成熟，國內(nèi)的研宄起步較晚，尤其是系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)臺(tái)，其控制精度、體積、功耗等性能指標(biāo)與國外的技術(shù)水平仍有一定的差距。從查到的資料看，最早開展旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)實(shí)物研宄且比較領(lǐng)先的是國防科技大學(xué)，2007年研制出了旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)樣機(jī)，但是精度不甚理想，單軸旋轉(zhuǎn)的船試導(dǎo)航誤差大約為17n mile/24h，實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)導(dǎo)航精度優(yōu)于In mile/24h，關(guān)于雙軸旋轉(zhuǎn)的誤差沒有給出?？梢娺@方面仍然有很多工作需要完成。
[0003]目前，有文獻(xiàn)分析了單軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的選取、旋轉(zhuǎn)速率對(duì)誤差調(diào)制效果的影響及旋轉(zhuǎn)方案的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，然后在此基礎(chǔ)上，對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在不同的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方案下對(duì)慣性測量組件的誤差調(diào)制機(jī)理進(jìn)行了研宄，最后仿真分析比較了不同旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方案的誤差。也有文獻(xiàn)提出了將IMU傾斜安裝的改進(jìn)單軸旋轉(zhuǎn)方案，從原理上分析了該方案能夠完全消除三個(gè)方向上的慣性器件誤差，分析了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)信息與光纖陀螺信息的時(shí)間同步性問題，推導(dǎo)了延遲時(shí)間對(duì)旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)誤差的影響，給出了一種延遲時(shí)間的測量方法和補(bǔ)償策略，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。
[0004]另外，根據(jù)MEMS器件的誤差特性，選擇了一種適合MEMS器件捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案并自主研發(fā)了原理樣機(jī)。靜態(tài)和車載實(shí)驗(yàn)表明:旋轉(zhuǎn)調(diào)制可以明顯抑制MEMS器件常值誤差對(duì)導(dǎo)航精度的影響，200s內(nèi)俯仰和橫滾姿態(tài)精度提高了 5倍，速度和位置精度提高了近10倍。其他文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了利用高精度單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的陀螺儀靜態(tài)漂移測試的翻滾法、動(dòng)態(tài)漂移測試的恒速試驗(yàn)和角振動(dòng)試驗(yàn)。分析了測試轉(zhuǎn)臺(tái)速率精度和速率平穩(wěn)性對(duì)陀螺測試帶來的影響，提出了轉(zhuǎn)臺(tái)基座傾斜的自動(dòng)補(bǔ)償，驗(yàn)證了高精度單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的大角速度對(duì)陀螺漂移測試帶來的好處。此外，現(xiàn)有試驗(yàn)表明，強(qiáng)磁場下MEMS器件輸出將收到嚴(yán)重影響，而常規(guī)基于電磁原理的電機(jī)其主軸方向的磁場恰好是最大，因此尤其不適合MEMS器件的誤差調(diào)制。
[0005]盡管目前的MEMS技術(shù)得到逐步改進(jìn)，但是其仍然存在問題。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)臺(tái)由于電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度低、體積大、功耗高、剩磁強(qiáng)，掉電易失鎖，以及系統(tǒng)中傳輸方式不夠靈活，因此使得系統(tǒng)不利于實(shí)現(xiàn)小型化和集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于超聲電機(jī)的MEMS慣性器件旋轉(zhuǎn)調(diào)制測試系統(tǒng)，解決現(xiàn)有系統(tǒng)控制精度低、體積大、功耗高、剩磁強(qiáng)等、掉電失鎖等問題，具有強(qiáng)抗干擾能力、電磁兼容性好、環(huán)境適應(yīng)范圍廣、可小型化和集成化等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
一種基于超聲電機(jī)的MEMS慣性器件旋轉(zhuǎn)調(diào)制測試系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)臺(tái)、慣性器件、無線傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元、上位機(jī)，所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括基座及套置在轉(zhuǎn)臺(tái)外殼內(nèi)的碼盤、超聲電機(jī)、臺(tái)面、驅(qū)動(dòng)器和軸承主軸；其中軸承主軸安裝在基座的中心處，所述碼盤和超聲電機(jī)同軸安裝于軸承主軸上，超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與臺(tái)面固定連接；所述驅(qū)動(dòng)器與超聲電機(jī)輸入端連接，所述慣性器件設(shè)置于臺(tái)面的中心；所述上位機(jī)用于發(fā)送控制信號(hào)；所述數(shù)據(jù)處理單元用于接收控制信號(hào)及生成驅(qū)動(dòng)控制指令；所述驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)控制指令驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)旋轉(zhuǎn)，及帶動(dòng)軸承主軸和碼盤、臺(tái)面進(jìn)行同軸旋轉(zhuǎn)；所述慣性器件用于獲得轉(zhuǎn)臺(tái)的角速率信息及通過無線傳輸單元進(jìn)行傳輸；所述數(shù)據(jù)處理單元用于對(duì)所接收的角速率信息進(jìn)行捷聯(lián)解算，及將獲得的解算結(jié)果反饋至上位機(jī)。
[0008]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案:所述慣性器件包括MEMS陀螺和加速度
i+o
[0009]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案:所述角速率信息包括角速率、角度和旋轉(zhuǎn)角加速度。
[0010]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案:所述無線傳輸單元為無線藍(lán)牙模塊。
[0011]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案:所述數(shù)據(jù)處理單元為計(jì)算機(jī)。
[0012]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案:所述計(jì)算機(jī)采用嵌入式計(jì)算機(jī)。
[0013]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下技術(shù)效果:
(1)、本發(fā)明提供的基于超聲電機(jī)的MEMS慣性器件旋轉(zhuǎn)調(diào)制測試系統(tǒng)，基于新型超聲電機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，研制超聲電機(jī)調(diào)制轉(zhuǎn)臺(tái)，及結(jié)合無線傳輸技術(shù)，通過仿真分析和驗(yàn)證算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制功能。該轉(zhuǎn)臺(tái)不僅克服了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)體積大、功耗大、精度低、剩磁大等困難，而且具有強(qiáng)抗干擾能力、電磁兼容性好、環(huán)境適應(yīng)范圍廣、可小型化和集成化等優(yōu)點(diǎn)，為后期研制高精度、低成本的MEMS旋轉(zhuǎn)調(diào)制系統(tǒng)以及MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)提供強(qiáng)而有力技術(shù)支持。
[0014](2)、基于超聲電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)及MEMS慣性器件，利用本發(fā)明研制的超聲電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)制MEMS陀螺，與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)相比，可提高調(diào)制精度且無強(qiáng)磁干擾，控制精度高。
[0015](3)、系統(tǒng)以嵌入式計(jì)算機(jī)為核心控制板，完成旋轉(zhuǎn)調(diào)制系統(tǒng)的搭建，通過實(shí)物實(shí)現(xiàn)上述旋轉(zhuǎn)調(diào)制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以精準(zhǔn)地驗(yàn)證超聲電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)MEMS陀螺旋轉(zhuǎn)調(diào)制的影響，為后期研制高精度、低成本的MEMS旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明基于超聲電機(jī)的MEMS慣性器件旋轉(zhuǎn)調(diào)制測試系統(tǒng)的模塊示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明中轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)構(gòu)示意圖。
[0018]其中標(biāo)號(hào)解釋:1_基座、2_碼盤、3_超聲電機(jī)、4_臺(tái)面、5_驅(qū)動(dòng)器、6_外殼、7_軸
承主軸?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。
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