mems惯性测量单元自动校准算法研究与实现

《mems惯性测量单元自动校准算法研究与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、工学硕士学位论文MEMS惯性测量单元自动校准算法研究与实现IMPLEMENTATIONANDRESEARCHOFAUTO-CALIBRATIONALGORITHMOFMEMSIMU邓文涛哈尔滨工业大学2010年12月国内图书分类号：TP27学校代码：10213 国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文MEMS惯性测量单元自动校准算法研究与实现硕士研究生邓文涛导师吴晓军副教授企业导师汪滔高工申请学位工学硕士学科、专业控制科学与工程所在单位深圳研究生院答辩日期2010年12月授予学位单位哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP27U.D.C:621Disser

2、tationfortheMasterDegreeofEngineeringIMPLEMENTATIONANDRESEARCHOFAUTO-CALIBRATIONALGORITHMOFMEMSIMUCandidate:WentaoDengSupervisor:AssociateProf.XiaojunWuAssistantSupervisor：SETaoWangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduat

3、eSchoolDateofDefence:December,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要MEMS(Micro-electromechanicalSystems)惯性测量单元(IMU)具有体积小、测量范围大、可靠性高和易于实现数字化等优点，目前已经被广泛应用到汽车电子、精密仪器、航空航天等技术领域。但是，由于其测量精度较低、信号噪声较大、对外界环境(如温度、压力等)敏感等，因此就需要采取一些必要的措施来提高其精度。一方面，可以从制造工艺上优化机械结构

4、设计，提高芯片信号处理电路性能及电磁屏蔽性能等；另一方面，通过分析它的输出数据，建立合适的误差模型，采用误差补偿技术减小其误差。本文以DJI公司MEMSIMU为研究对象，对其进行了误差分析、建模和自动化校准补偿研究。首先，介绍了IMU在捷联惯导系统中的应用，分析了IMU的性能对捷联惯性导航系统导航精度的影响。其次，从机械构造、力学原理上对IMU中加速度计和陀螺仪测量原理进行了分析，指出了MEMSIMU产生误差的原因，建立了主要的确定性误差数学模型。最后，重点阐述了如何实现IMU确定性误差高效的自动化校准补偿过程。本文中对IMU温漂的校准，在分析了IMU温漂特性基础上提出在全

5、温度校准周期内采用小周期循环方式。结合本文设计的45°倾斜式旋转台，可以同时对加速度计和陀螺温度数据进行采集。这种方式使得一般需要进行至少两次的全温度测试周期减小了一半。对于IMU中加速度计和陀螺三轴不正交误差，本文引入误差矩阵方法来进行校准。在标准的水平转台上，采集IMU六个面的平放与转动数据，然后通过与理想的正交矩阵运算得到各传感器的安装误差矩阵。另外，对温漂误差采用了多项式拟合方式进行模型参数辨识，并考虑到补偿算法的实际应用性，还对辨识结果做了进一步线性分段和表格化处理，使得整个校准方案更符合实际应用。整个系统以CAN总线作为上位机与IMU信息交换通道，以自定义通信协

6、议进行通信。在PC机端，由Labview软件进行数据的采集、处理、显示和对程序的控制，实现整个校准系统自动化运作。最后，对系统的校准结果进行了验证对比，结果表明本设计在MEMSIMU校准方面的可行性及实用性。由于设备简单、操作方便、校准周期短效率高，因此可以很好的应用到相关工业领域。关键词：MEMS传感器；温漂补偿；不正交误差；误差模型；自动化校准I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMEMS(Micro-electromechanicalSystems)inertialmeasurementunithasadvantageofsmallsize,widemeas

7、urementrangeandhighreliability.Atpresent,ithasbeenwidelyusedinautomotiveelectronic,precisioninstrument,aviationandspacetechnologies,etc.However,withthelowaccuracy,largenoise,sensitivetotheexternalenvironment,suchastemperatureandpress,itmustbetakenthenecessarym