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基于维纳过程的mems陀螺仪贮存寿命评估

装备环境工程 2024年第2期21卷 59-64页

作者：谭甜甜张世艳杨昊雨赵方超西南技术工程研究所弹药贮存环境效应重点实验室重庆400039

目的针对mems陀螺仪在步进应力加速试验条件下获取的性能退化数据,提出基于维纳过程的贮存寿命评估方法及其模型准确度检验方法。方法首先,确定温度为影响mems陀螺仪性能退化的主要环境因素,采用步进温度应力加速试验的方式获取其性... 详细信息

目的针对mems陀螺仪在步进应力加速试验条件下获取的性能退化数据,提出基于维纳过程的贮存寿命评估方法及其模型准确度检验方法。方法首先,确定温度为影响mems陀螺仪性能退化的主要环境因素,采用步进温度应力加速试验的方式获取其性能退化数据。其次,分析各项性能参数的演变规律,确定标度因数为表征产品性能退化的特征性能参数。最后,采用漂移维纳过程对标度因数退化轨迹进行建模,并外推得到常温条件下的贮存寿命。结果采用留一法对模型精度进行验证,模型准确度最低为86.44%。可靠度水平为0.95时,常温贮存(25℃)条件下的寿命评估结果为50.02 a。结论基于维纳过程建立的性能退化模型的准确度在85%以上,该模型可应用于指定贮存条件下mems陀螺仪的性能退化预测及贮存寿命评估。

关键词： mems陀螺仪步进退化标度因数维纳过程贮存寿命评估留一法交叉验证

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基于mems陀螺仪的地下管线测绘系统

城市建设理论研究(电子版) 2024年第6期 186-188页

作者：刘魁德佛山市测绘地理信息研究院

本研究将mems陀螺技术引入到城市地下管线测量中，利用mems陀螺对三轴加速度和三轴角速度进行测量，并利用测量结果进行解算，达到地下管线测绘目的。为了实现高速度和高实时性，对地图绘制设备进行硬件设计。在程序上，采用快速的数据... 详细信息

本研究将mems陀螺技术引入到城市地下管线测量中，利用mems陀螺对三轴加速度和三轴角速度进行测量，并利用测量结果进行解算，达到地下管线测绘目的。为了实现高速度和高实时性，对地图绘制设备进行硬件设计。在程序上，采用快速的数据获取方式，使其能够在保存完好的情况下，达到较高实时性。通过案例对比分析发现，mems陀螺仪和管道探针的埋入深度分别为7.75cm和2.86cm，而管道探测器和管道探测器则分别为24.82cm和15.05cm。结果表明，两种方法均能满足设计指标的要求。微机械陀螺仪的误差小于管道探测器的误差，测绘精度也比管线探测仪好。

关键词：地下管线 mems陀螺仪测绘系统

利用三轴转台的mems陀螺仪温度误差研究综述

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机械工业标准化与质量 2024年第1期 41-43页

作者：夏瑞阳肖承翔潘康华中国机械科学研究总院集团有限公司中机生产力促进中心有限公司

本文通过研究分析相关研究领域的文献,阐述了mems陀螺仪的工作机理以及产生温度误差的原因,并总结了当前mems陀螺仪温度误差研究领域所使用的测试方法和取得的一些成果,为后续的课题研究奠定基础。

关键词： mems陀螺仪三轴转台零偏输出温度误差

变分模态分解组合广义形态滤波器的mems陀螺仪去噪方法

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控制理论与应用 2023年第3期40卷 509-515页

作者：芦竹茂白洋黄纯德关少平孟晓凯国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001 国网山西省电力公司山西太原030021

为了更加有效地消除mems陀螺仪输出信号存在大量不同类型噪声的同时保留有效信号特征,本文提出了一种变分模态分解(VMD)的多尺度自适应组合广义形态滤波器(CGMF)去噪方法.该方法首先采用VMD将mems陀螺仪原始输出信号分解为多个不同尺度... 详细信息

为了更加有效地消除mems陀螺仪输出信号存在大量不同类型噪声的同时保留有效信号特征,本文提出了一种变分模态分解(VMD)的多尺度自适应组合广义形态滤波器(CGMF)去噪方法.该方法首先采用VMD将mems陀螺仪原始输出信号分解为多个不同尺度的具有特殊稀疏性的一高低频离散带限子信号内模函数(BLIMFs),然后通过选择CGMF中合适的结构元素(SEs)长度和几何结构对上述不同尺度BLIMFs进行自适应去噪处理,最后重建去噪后的BLIMFs获得去噪信号.通过实验验证并与现有的信号去噪方法相比,本方法的主要优点在于:1)解决了CGMF中SEs的长度和几何结构等关键参数的自适应选择问题;2)针对不同类型噪声均进行了有效的分离和去噪处理.

关键词：变分模态分解组合广义形态滤波结构元素 mems陀螺仪微机电系统信号去噪

高加速度条件下的mems IMU陀螺仪误差标定方法

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中国惯性技术学报 2023年第5期31卷 523-530页

作者：王国栋甄新帅王延辰张琛北京航天控制仪器研究所北京100039

导弹飞行过程中常伴随着高加速度,会导致memsIMU陀螺仪的输出产生漂移误差。为了消除高加速度对陀螺仪的影响,提出了一种基于离心机实验的陀螺仪误差标定方法。基于谐振式陀螺仪工作原理,分析了离心机实验引入的误差源,给出了等效半径... 详细信息

导弹飞行过程中常伴随着高加速度,会导致memsIMU陀螺仪的输出产生漂移误差。为了消除高加速度对陀螺仪的影响,提出了一种基于离心机实验的陀螺仪误差标定方法。基于谐振式陀螺仪工作原理,分析了离心机实验引入的误差源,给出了等效半径、失准角等因素的影响分析和补偿方法。在此基础上,设计了三轴陀螺仪离心机实验方案的整体编排。针对建立的陀螺仪误差模型,通过模型显著性分析和模型参数显著性分析,去除不显著项,实现了模型优化。基于实验数据,对优化后的模型进行了验证,结果表明标定后相比标定前误差降幅大于99%,验证了标定方法的有效性。

关键词：离心机实验 mems陀螺仪误差标定显著性分析模型优化

基于WDO-LSSVM的mems陀螺仪零偏温度补偿

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中国惯性技术学报 2023年第7期31卷 688-695页

作者：刘宇林非凡陈燕苹彭慧韩亮汪立新重庆邮电大学自主导航与微系统重庆市重点实验室重庆400065 重庆邮电大学智能传感技术与微系统重庆市高校工程研究中心重庆400065 火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

微机电系统(mems)陀螺仪的零位偏移是影响惯性导航定位精度的主要原因之一。针对mems陀螺仪零位随温度变化的非线性偏移问题,提出一种基于风驱动优化-最小二乘支持向量机(WDO-LSSVM)的mems陀螺仪零偏温度补偿模型。通过小波变换对mems... 详细信息

微机电系统(mems)陀螺仪的零位偏移是影响惯性导航定位精度的主要原因之一。针对mems陀螺仪零位随温度变化的非线性偏移问题,提出一种基于风驱动优化-最小二乘支持向量机(WDO-LSSVM)的mems陀螺仪零偏温度补偿模型。通过小波变换对mems陀螺仪三轴输出数据进行滤波预处理,结合最小二乘支持向量机(LSSVM)和风驱动优化(WDO)算法,构建mems陀螺仪的零偏温度补偿模型。实验结果表明:与传统的反向传播神经网络(BP)模型、粒子群优化-最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)模型相比,所提模型的陀螺仪零偏均方根误差和平均绝对误差均减小了约50%,实现了具有良好普适性的mems陀螺仪零偏温度补偿,进而可以提高惯性导航系统的定位精度。

关键词： mems陀螺仪风驱动优化算法最小二乘支持向量机温度补偿

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mems陀螺仪的高精度标定方法

导航定位与授时 2022年第5期9卷 179-185页

作者：陈海明李荣冰王双甲刘建业南京航空航天大学导航研究中心南京211106 西安飞行自动控制研究所西安710065

为了提高微机电(mems)陀螺仪的测量精度,研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案,分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源,利用两组角速率数据迭代求解非正... 详细信息

为了提高微机电(mems)陀螺仪的测量精度,研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案,分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源,利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差,并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明,该方法能够有效校正mems陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差,提高了陀螺仪的测量精度,且易于工程实现。

关键词： mems陀螺仪加速度敏感漂移角速率误差模型最小二乘法

mems陀螺仪的非线性动力学分析及自适应控制

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MEMS陀螺仪的非线性动力学分析及自适应控制

作者：李枫韵贵州大学

学位级别：硕士

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,mems)陀螺仪是集高精度、低成本、微尺寸、易于电路集成等优势于一体的高性能惯性传感系统,极大地革新了惯性导航产业。然而,由于工作环境的复杂性,mems陀螺仪受到温度变化、机械冲击等内... 详细信息

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,mems)陀螺仪是集高精度、低成本、微尺寸、易于电路集成等优势于一体的高性能惯性传感系统,极大地革新了惯性导航产业。然而,由于工作环境的复杂性,mems陀螺仪受到温度变化、机械冲击等内外干扰的影响,易产生漂移与有害振荡等不确定性,尤其是高频混沌振荡会直接导致性能恶化甚至造成系统瘫痪。同时现有mems陀螺仪存在数学建模不精确,动力学认知模糊及核心控制算法缺失等问题,导致其逐渐无法满足当下智能导航的高精度和高可靠等需求。因此,本文以mems陀螺仪为研究对象,建立其动力学模型,揭示其动力学演化机理,有机结合非线性动力学、模糊神经网络、自适应反演控制等多学科理论与方法探究mems陀螺仪的自适应控制机制,消除高频混沌振荡和未知非线性等造成的不良影响,提高系统精度和响应速度。本研究丰富了mems陀螺仪的自适应控制理论,进而为集成了mems陀螺仪的惯性导航、智能汽车及轨道卫星等高端设备的研发提供理论依据与技术指导。具体工作内容如下:(1)mems陀螺仪的建模与动力学分析:基于牛顿定律与基尔霍夫定律,建立了mems三轴陀螺仪的数学模型。以此为基础,为了进一步提高陀螺仪的灵敏度和抗干扰性能,基于质量块之间的机械耦合结构并考虑高阶非线性项和不对称项,将单个孤立的mems三轴陀螺仪拓展到具有耦合结构的双质量mems陀螺仪,并建立其动力学模型。利用时间历程图、相图以及李雅普诺夫指数图等动力学分析工具揭示了mems陀螺仪在不同场景和系统条件下固有的非线性振动特性(特别是高频混沌振荡),并明确了所揭示的振动特性对系统灵敏度的显著影响,为后续的控制方案研发提供了重要的理论基础和技术支撑。(2)mems三轴陀螺仪的加速自适应反演控制:以具有高频混沌振荡与状态约束的mems三轴陀螺仪为研究对象,设计了加速自适应反演控制方案。在控制器设计中,利用二型模糊小波神经网络(T2FWNN)估计系统的非线性项;融入速度函数实现状态变量的加速收敛;构造时变障碍李雅普诺夫函数(BLF)将状态变量限制在规定范围内;设计双曲正切跟踪微分器(HTTD)来解决虚拟控制的反复微分导致的“复杂项爆炸”问题。稳定性分析证明了闭环系统中的所有信号最终有界。大量仿真实验结果证明所提控制方法不仅抑制了混沌振荡,而且取得了良好跟踪性能(即0.02秒内实现稳定且稳态误差被限制在[-0.005,0.005]的区间内)。该研究结果为后续具有耦合结构的双质量mems陀螺仪自适应反演控制方案设计提供了有益的理论依据。(3)双质量mems陀螺仪的模糊PID事件触发控制:针对研究内容(1)所建立的具有耦合结构的双质量mems陀螺仪,提出了模糊PID事件触发控制方案以实现其稳定控制。在控制器设计中,利用模糊逻辑在线整定PID控制策略的三个参数以提高其控制性能;引入事件触发机制降低控制信号的更新率以此实现通信资源节约。仿真实验结果验证了所提控制方案的有效性。本研究结果为研究内容(4)中双质量mems陀螺仪的自适应反演控制方案设计提供了研究思路。(4)双质量mems陀螺仪的自适应反演漏斗控制:为突破PID控制的局限性,进一步提高系统的稳定性与鲁棒性,结合研究内容(2)和(3)研发了具有事件触发策略的双质量mems陀螺仪自适应反演漏斗控制方案。为综合地解决不确定性、收敛速度慢、状态约束、“复杂项爆炸”和通信资源浪费等性能控制问题,深度融合二型顺序模糊神经网络(T2SFNN)、速度函数、非对称漏斗边界、加速指数积分跟踪微分器(AEITD)和事件触发策略,揭示了自适应反演控制机理。李雅普诺夫稳定性分析证明了闭环系统中所有信号有界、状态约束不被违反且有效避免了芝诺行为。仿真实验结果证明所设计的控制方案实现了高精度目标轨迹跟踪(在0.05秒内稳定,稳态误差限制在[-0.1,0.08]内),且节省了约95%的通信资源,同时与研究内容(3)相比证明了所提方案的优越性。

关键词： mems陀螺仪非线性动力学分析自适应反演控制事件触发机制模糊神经网络

检测电极变形对mems陀螺仪振动性能的影响

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传感技术学报 2022年第6期35卷 732-737页

作者：徐淑静卢新艳中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

mems陀螺仪的振动环境性能是制约其应用的重要指标。针对mems音叉式陀螺仪,分析了检测电极在驱动运动作用下的变形对陀螺仪振动性能产生影响的机理。建立了振动环境中包含检测电极变形在内的误差信号模型,将误差信号的频率成分与角速率... 详细信息

mems陀螺仪的振动环境性能是制约其应用的重要指标。针对mems音叉式陀螺仪,分析了检测电极在驱动运动作用下的变形对陀螺仪振动性能产生影响的机理。建立了振动环境中包含检测电极变形在内的误差信号模型,将误差信号的频率成分与角速率响应信号进行了对比分析。通过对检测质量的受力状态进行优化,降低了检测电极变形的有效值,将振动误差信号的幅度从25 dB降低到9 dB以下,大幅提升了mems陀螺仪的振动环境适应性。

关键词： mems陀螺仪振动性能误差信号分析音叉结构静电驱动