姿态参数的模拟解算电路设计与分析.pdf

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1、72传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第4期姿态参数的模拟解算电路设计与分析王晓翠，程为彬，李彬，潘萌(西安石油大学电子工程学院，陕西西安710065)摘要：根据姿态传感器输出与姿态参数之间的三角函数关系，设计了一种基于函数发生器的反三角函数电路，以减小模拟反三角函数解算误差，实现对姿态参数的直接解算。利用离散和连续2种方法对所设计电路进行测试，离散测试分析中采用多点拟合对实验数据进行处理，平均角度误差减小为0．11。，最大角度误差减小为2．87。；连续测试中对

2、输人输出信号时域和频域特征进行了分析，测得输出波形的总谐波失真为8．14％。结果表明：解算方案可行，可用于姿态参数的模拟解算。关键词：模拟解算；反正弦函数；多点拟合；频谱分析中图分类号：TE243；TP274．2文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)04-0072-04DesignandanalysisofanalogcomputationcircuitofattitudeparameterWANGXiao—cui，CHENGWei-bin，LIBin，PANMeng(SchoolofElectronicEnginee

3、ring，Xi’anShiyouUniversity，Xi’an710065，China)Abstract：Accordingtotrigonometricfunctionrelationsbetweenoutputofattitudesensorsandattitudeparameters，aninversetrigonometricfunctioncircuitbasedonfunctiongeneratorisdesigned，toreducecomputationerrorofanaloginversetrigonometri

4、candrealizedirectlycomputationofattitudeparameters．Testsonthedesignedcircuitwithdiscreteandcontinuousmethodsarerealized，indiscretetestanalysis，multi—pointfittingisadoptedtoprocessexperimentaldata，andtheaverageangleerrorisreducedto0．11。andthemaximumangleerrorisreducedto2

5、．87。；incontinuousmeasurement，featuresoftheinputandoutputsigiaalsintime—domainandfrequency—domainareanalyzed．totalharmonicsdistortionofoutputwaveformis8．14％．Experimentalresultsshowthatthecomputationschemeisfeasible，thusitcanbeusedforanalogcomputationofattitudeparameters．

6、Keywords：analogcomputation；arcsinefunction；multi—pointfitting；spectrumanalysis0引言据运算量大；二是利用余弦函数拟合龟路或余弦函数电路在实时钻井中，井眼姿态参数对有效控制井眼轨迹起与高精度运算放大器构成负反馈电路实现，这种方法着至关重要的作用。根据井下钻井工具姿态测量原的缺点是函数拟合时存在误差，而且实际中运算放大器的理，三轴加速度计输出的是井斜角，、工具面角和方位角正负端电压并不完全相等。A的三角函数关系J，要得到姿态参数必须进行反三角函为提高后续电路数据

7、处理速度和解算精度，本文设计数的求解设计，求解方法有模拟求解和数字求解2种。数了一种能够直接实现姿态参数解算的电路。字求解反三角函数时，将数据直接输入单片机求解。若分1模拟解算原理辨率为l。时，双极性A／D的位数至少为14位，分辨率为根据三轴加速度计测量井眼轨迹的基本原理可知，将重力加速度计向仪器坐标系投影，可以得出三轴加速度0．5。时A／D的位数为16位，所以，数字求解对A／D的位数计的输出为要求较高，同时要进行A／D转换、采样／保持等过程也会引Gx=gsin／cosT人各种误差。而常见模拟反三角函数求解电路有2种方r法：一是将反三

8、角函数展开成级数，然后通过多次乘法和加{【G=gsin／sinT．(1)G：gc。s，法运算实现，函数展开成级数存在误差，且后续电路数收稿日期：2013-10-09基金项目：国家自然科学基金资助项目(61174191)；