MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究.pdf

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1、2013年第32卷第6期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)63MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究彭孝东1,2，陈瑜，李继宇，闫国琦，张铁民(1．华南农业大学工程学院，广东广州510642；2．机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳110016)摘要：MEMS陀螺仪作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测与导航控制中有着广泛应用。根据三轴数字陀螺仪的数学模型，设计了三轴数字陀螺仪的标定实验，介绍了数学模型中陀螺仪标度因数、安装误差系数以及零偏移值的计算与处理方法。理论分析与实验结果

2、表明：该标定方法原理简单、易于实现，且标定结果精度高，标定后的解算矩阵可为后续姿态解算和导航控制提供较为准确的量测数据，同时，该标定过程和数据处理方法对MEMS三轴数字陀螺仪的标定具有一定的参考价值。关键词：微机电系统；三轴陀螺仪；数学模型；标定中图分类号：U666．12文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)06-0063-03Study0ncalibrationmethod0fMEMS3一axis⋯一digitalgyroscopePENGXiao—dong一，CHENYu，LIJi—yu，YANGuo—q

3、i，ZHANGTie—min(1．CollegeofEngineering，SouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou510642，China；2．StateKeyLaboratoryofRobotics．Shenyang110016，China)Abstract：MEMSgyroscopehasbroadapplicationinobjectsposturemonitoringandnavigationcontrolaslow。costinertialmeasurementunit

4、．A3-axisdigitalgyroscopecalibrationexperimentisdesignedbasedonmathematicalmodelofMEMS3-axisdigitalgyroscope．Theprocessingmethodofscalefactor，installationerrorcoeficient，andvalueofzerobiasofMEMS3-axisdigitalgyroscopeinmathematicalmodelisintroduced．Theoreticalanalysi

5、sandexperimentalresuhsshowthatthiscalibrationmethodissimpleinprinciple，easytoimplementandhashighcalibrationprecision．ThesolvingmatrixaftercalibrationCanprovidemoreaccuratemeasurementdataforthefollowingattituderesolveandthenavigationcontrol，whiletheprocessofcalibrat

6、ionanddataprocessingmethodshavecertainreferencevalueforMEMS3-axisdigitalgyroscopecalibration．Keywords：MEMS；3-aixsgyroscope；mathematicalmodel；calibration0引言标准。本文首先就MEMS三轴数字陀螺仪的误差来源进相比于传统的机械陀螺，MEMS陀螺仪具有成本低、体行分析，并进而建立陀螺仪的数学模型。参照机械陀螺仪积小、质量轻、可靠性高、温度漂移小、抗冲击力强、测量范和MEMS三轴模

7、拟陀螺仪的标定方法，在三轴转台上围大等优点J。在农业领域中，常用低成本的MEMS元进行MEMS三轴数字陀螺仪标定方法的实验，并对陀螺仪件(如电子罗盘、加速度计以及陀螺仪等惯性传感器)对农原始数据进行预处理和标定系数解算，结果表明：该标定实业机械的即时姿态进行实时解算，为农业机械的自动导航验过程清晰、数据处理方法正确可行，可为此类数字陀螺仪控制与变量作业实施提供准确位姿信息J。姿态信息解的标定提供理论依据与实验佐证。算的精度除了与多传感器融合算法选取有关，还在很大程1MEMS三轴数字陀螺仪误差与数学模型度上取决于传感器的数据有

8、效性，即使陀螺仪的原理和结MEMS陀螺仪的输出误差与相关物理量之间关系的数构都相当完善，也存在着由各种干扰因素所造成的测量误学表达式称为陀螺仪的输出数学模型，通过该模型可以补差。因此，MEMS传感器在使用前必须建立传感器误差数偿陀螺的相关误差以提高陀螺仪测量精度。根据误差产生学模型并进行标