基于DSP的加速度计温度模型辨识与补偿方法研究

摘要

加速度计是惯性导航系统中不可缺少的器件，其精度直接影响惯性系统得精度。但加速度计的精度受温度的影响很大，因此加速度计温度模型辨识及其误差补偿技术的研究成为当前国内惯性技术领域内的重要研究课题。本文在研究了当前国内外各种温度补偿方法的基础上，针对加速度计误差某些硬补偿方法的不足，把重点放在了石英挠性加速度计的静态温度模型的辨识及其误差补偿上，以便最终实现系统的实时软补偿。本文的主要内容为： 1．阐述目前国内外在减小甚至消除温度对加速度计精度影响的各种方法，所做的一些研究和取得的成果。 2．根据系统辨析理论，论文提出了“加速度计的重力场1g静态翻滚试验”。首先，通过翻滚实验所得到的数据，利用最小二乘法进行参数辨识得到加速度计输出模型中系数的值，再利用三次样条插值得到参数曲线函数，最终建立了+20℃～+50℃温度范围内石英挠性加速度计静态温度模型。然后，利用所得到的静态温度模型对该加速度计进行温度误差软件补偿。同时还对目前建立数学模型的研究方向进行了探讨。 3．介绍了硬件系统和软件系统的设计与实现，以及构成程序的各个模块，并给出了简要的程序。最后论述了如何提高数据采集精度，并从硬件和软件两方面给出了相应的改进措施。 实验结果表明，该方法对加速度计的温度误差进行了有效的补偿，具有可行性。

目录

文摘

英文文摘

创新性声明及关于论文使用授权的说明

第一章 绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.2国内外加速度计发展历史及研究现状

1.3 DSP在惯性导航系统中的应用

1.4本论文的主要的研究内容

1.5本章小结

第二章加速度计的工作原理和发展趋势

2.1加速度计工作原理

2.2加速度计的分类与应用

2.2.1惯性导航与制导

2.2.2汽车安全装置

2.2.3探矿测震

2.2.4机器人状态控制

2.2.5在其他方面的应用

2.3加速度计的发展方向

2.4本章小结

第三章加速度计温度误差补偿方法研究

3.1加速度计温度误差的影响

3.2加速度计温度误差产生的原因

3.3减少加速度计温度误差的方法研究

3.3.1改进加速度计的热设计

3.3.2进行加速度计温度补偿结构的设计

3.3.3增加改善测试环境和工作环境温度的硬件措施

3.3.4加速度计静、动态温度模型辨识

3.3.5改变生产工艺

3.4温度补偿的发展展望

3.5本章小结

第四章加速度温度补偿系统的设计与实现

4.1温度补偿系统的硬件设计

4.1.1数据采集模块

4.1.2温度控制模块

4.1.3温度补偿模块和其他模块

4.2 DSP芯片介绍

4.2.1 TMS320F240的介绍

4.2.2 DSP软件设计流程

4.2.3 Q格式

4.3加速度计补偿系统的软件设计

4.3.1系统整体软件设计

4.3.2数据采集模块

4.3.3温度控制模块

4.3.4温度补偿模块

4.3.5串口通信模块

4.4本章小结

第五章加速度计静态温度模型辨识

5.1重力场1g静态翻滚试验

5.1.1试验的基本方法

5.1.2寻找加速度计的机械零位

5.1.3加速度计的1g静态翻滚实验

5.2加速度计静态温度模型的辨识算法

5.2.1系统辨识在惯性系统中的应用

5.2.2最小二乘法理论

5.3插值理论

5.3.1插值理论概述

5.3.2插值和拟合的区别

5.3.3三次样条插值函数

5.3.4三次样条插值函数的求法

5.4加速度计静态温度模型辨识算法

5.5加速度计模型辨识结果

5.6加速度计的温度补偿效果

5.7本章小结

第六章提高数据采集精度的措施

6.1提高数据采集精度的硬件措施

6.1.1选择温度效应低的电阻

6.1.2选择合适的参考电压

6.1.3降低噪声和电磁干扰

6.1.4提高印刷电路板的设计

6.2提高数据采集精度的软件措施

6.3本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

研究成果