基于mems陀螺仪的飞行器动导数测试系统研究

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1、基于MEMS陀螺仪的飞行器动导数测试系统研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：贾国鹏指导教师：蒋阳教授专业：通信与信息系统学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一五年四月AircraftDynamicDerivativeTestSystemResearchBasedonMEMSGyroscopeAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineer

2、ingByJiaGuopengSupervisedbyProf.JiangYangSpecialty：CommunicationandInformationSystemCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity，Chongqing，ChinaApril,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要稳定和控制问题是飞行器设计的关键技术之一,动导数是用来衡量飞行器稳定性的重要参数。风洞自由飞试验可以避免支杆对动导数测量结果的影响，因此完全没有干扰影

3、响的风洞自由飞动导数试验技术至今还在探索发展。论文的目的在于改进目前采用的首先以高速摄影获取原始姿态角数据，然后根据模型平面运动方程通过极大似然准则辨识动导数的方法。论文设计了一种基于MEMS陀螺仪的嵌入式测试系统来测量姿态角运动，研究了利用角度/角速相平面法来判断动导数的方法。首先在总结研究飞行器动导数测试及其相关技术的基础上，利用高速MEMS陀螺，以ARM微控制器为核心处理器，完成了测量精度、转换速率、带宽、体积及功耗等满足风洞自由飞动导数测量要求的姿态测量系统总体方案及其软硬件设计。系统采用模块化设

4、计技术，根据功能将测试系统硬件分为角速度测试模块、自动增益调理模块、采集处理模块、无线收发模块、电源管理模块等部分；采用汇编语言与高级语言混合编程完成了系统各个功能模块的软件设计。完成了测试系统硬件加工和软硬件联合调试。其次，完成了飞行器动导数测试系统调试与校准，利用伺服电机转台对MEMS陀螺进行多组不同条件下的静态和动态校准，采集不同转速下的陀螺输出，依据最小二乘法拟合出陀螺输出运动模型；对影响陀螺测量精度的各种误差因素进行了分析研究；在现有的惯性速率机电系统无法实现较高频率角运动激励情况下，利用伺服电

5、机直线加速方式和陀螺仪自测功能测试了陀螺仪的频率响应；采用渐消因子自适应卡尔曼滤波进行陀螺仪和加速度计数据融合，获得较为理想的姿态角动态响应，保证测试系统能可靠地应用于风洞自由飞动导数测量。最后，研究了一种不同于极大似然法的角度/角速相平面辨识动导数方法，利用飞行器动导数试验姿态角运动测试数据对该方法进行验证，结果表明，与传统的极大似然法相比，角度/角速相平面法可以快速判断动导数的极性即飞行器动稳定性。关键词：MEMS陀螺,微控制器,卡尔曼滤波,动导数,相平面法I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRAC

6、TStabilityandcontrolproblemisoneofthekeytechnologyofaircraftdesign,dynamicderivativeisanimportantparameterusedtomeasurethestabilityoftheaircraft.Windtunnelfreeflighttestcanavoidthestrutinfluenceondynamicderivativemeasurements;therefore,nointerferenceeffec

7、tofwindtunnelfreeflyingderivativetesttechnologyisstillintheexplorationdevelopment.Thepurposeofthispaperistoimprovethecurrentstartwithhigh-speedphotographytoobtainoriginalattitudeangledata,andthenbasedonthemodelplanemotionequationbyusingthemethodofmaximuml

8、ikelihoodcriteriontoidentifydynamicderivative.ThispaperdesignsanembeddedtestsystembasedonMEMSgyroscopemeasureattitudeanglemovement,thispaperresearchestheuseofphaseplanemethodtodeterminethederivative.First,onthebasis