基于超聲電機的mems慣性器件旋轉調制測試系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超聲電機的MEMS慣性器件旋轉調制測試系統(tǒng)，屬于航空航天定位導航與控制技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著微型MEMS技術和旋轉調制技術越來越成熟，基于MEMS慣導器件的旋轉調制系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，即通過引入轉動機構對MEMS慣性元件進行旋轉調制，從而提高低精度、低成本MEMS慣導器件的性能。目前國外的MEMS旋轉調制技術較為成熟，國內的研宄起步較晚，尤其是系統(tǒng)的旋轉調制轉臺，其控制精度、體積、功耗等性能指標與國外的技術水平仍有一定的差距。從查到的資料看，最早開展旋轉調制技術實物研宄且比較領先的是國防科技大學，2007年研制出了旋轉式捷聯(lián)慣導系統(tǒng)樣機，但是精度不甚理想，單軸旋轉的船試導航誤差大約為17n mile/24h，實驗室靜態(tài)導航精度優(yōu)于In mile/24h，關于雙軸旋轉的誤差沒有給出。可見這方面仍然有很多工作需要完成。
[0003]目前，有文獻分析了單軸旋轉運動旋轉軸的選取、旋轉速率對誤差調制效果的影響及旋轉方案的評價準則，然后在此基礎上，對單軸旋轉式捷聯(lián)慣導系統(tǒng)在不同的旋轉運動方案下對慣性測量組件的誤差調制機理進行了研宄，最后仿真分析比較了不同旋轉運動方案的誤差。也有文獻提出了將IMU傾斜安裝的改進單軸旋轉方案，從原理上分析了該方案能夠完全消除三個方向上的慣性器件誤差，分析了轉位機構信息與光纖陀螺信息的時間同步性問題，推導了延遲時間對旋轉式捷聯(lián)慣導系統(tǒng)姿態(tài)誤差的影響，給出了一種延遲時間的測量方法和補償策略，并進行了相關試驗驗證。
[0004]另外，根據MEMS器件的誤差特性，選擇了一種適合MEMS器件捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的旋轉調制方案并自主研發(fā)了原理樣機。靜態(tài)和車載實驗表明:旋轉調制可以明顯抑制MEMS器件常值誤差對導航精度的影響，200s內俯仰和橫滾姿態(tài)精度提高了 5倍，速度和位置精度提高了近10倍。其他文獻設計了利用高精度單軸轉臺的陀螺儀靜態(tài)漂移測試的翻滾法、動態(tài)漂移測試的恒速試驗和角振動試驗。分析了測試轉臺速率精度和速率平穩(wěn)性對陀螺測試帶來的影響，提出了轉臺基座傾斜的自動補償，驗證了高精度單軸轉臺的大角速度對陀螺漂移測試帶來的好處。此外，現(xiàn)有試驗表明，強磁場下MEMS器件輸出將收到嚴重影響，而常規(guī)基于電磁原理的電機其主軸方向的磁場恰好是最大，因此尤其不適合MEMS器件的誤差調制。
[0005]盡管目前的MEMS技術得到逐步改進，但是其仍然存在問題。傳統(tǒng)的旋轉調制轉臺由于電機、驅動器等設備的限制，導致系統(tǒng)控制精度低、體積大、功耗高、剩磁強，掉電易失鎖，以及系統(tǒng)中傳輸方式不夠靈活，因此使得系統(tǒng)不利于實現(xiàn)小型化和集成化。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于超聲電機的MEMS慣性器件旋轉調制測試系統(tǒng)，解決現(xiàn)有系統(tǒng)控制精度低、體積大、功耗高、剩磁強等、掉電失鎖等問題，具有強抗干擾能力、電磁兼容性好、環(huán)境適應范圍廣、可小型化和集成化等優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明具體采用以下技術方案解決上述技術問題:
一種基于超聲電機的MEMS慣性器件旋轉調制測試系統(tǒng)，包括轉臺、慣性器件、無線傳輸單元、數據處理單元、上位機，所述轉臺包括基座及套置在轉臺外殼內的碼盤、超聲電機、臺面、驅動器和軸承主軸；其中軸承主軸安裝在基座的中心處，所述碼盤和超聲電機同軸安裝于軸承主軸上，超聲電機的轉軸與臺面固定連接；所述驅動器與超聲電機輸入端連接，所述慣性器件設置于臺面的中心；所述上位機用于發(fā)送控制信號；所述數據處理單元用于接收控制信號及生成驅動控制指令；所述驅動器用于根據控制指令驅動超聲電機旋轉，及帶動軸承主軸和碼盤、臺面進行同軸旋轉；所述慣性器件用于獲得轉臺的角速率信息及通過無線傳輸單元進行傳輸；所述數據處理單元用于對所接收的角速率信息進行捷聯(lián)解算，及將獲得的解算結果反饋至上位機。
[0008]進一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案:所述慣性器件包括MEMS陀螺和加速度
i+o
[0009]進一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案:所述角速率信息包括角速率、角度和旋轉角加速度。
[0010]進一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案:所述無線傳輸單元為無線藍牙模塊。
[0011]進一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案:所述數據處理單元為計算機。
[0012]進一步地，作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案:所述計算機采用嵌入式計算機。
[0013]本發(fā)明采用上述技術方案，能產生如下技術效果:
(1)、本發(fā)明提供的基于超聲電機的MEMS慣性器件旋轉調制測試系統(tǒng)，基于新型超聲電機技術的發(fā)展和應用，研制超聲電機調制轉臺，及結合無線傳輸技術，通過仿真分析和驗證算法，實現(xiàn)系統(tǒng)的旋轉調制功能。該轉臺不僅克服了傳統(tǒng)轉臺體積大、功耗大、精度低、剩磁大等困難，而且具有強抗干擾能力、電磁兼容性好、環(huán)境適應范圍廣、可小型化和集成化等優(yōu)點，為后期研制高精度、低成本的MEMS旋轉調制系統(tǒng)以及MEMS慣導系統(tǒng)提供強而有力技術支持。
[0014](2)、基于超聲電機轉臺及MEMS慣性器件，利用本發(fā)明研制的超聲電機轉臺調制MEMS陀螺，與傳統(tǒng)轉臺相比，可提高調制精度且無強磁干擾，控制精度高。
[0015](3)、系統(tǒng)以嵌入式計算機為核心控制板，完成旋轉調制系統(tǒng)的搭建，通過實物實現(xiàn)上述旋轉調制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)測試實驗。通過實驗結果的分析，可以精準地驗證超聲電機轉臺對MEMS陀螺旋轉調制的影響，為后期研制高精度、低成本的MEMS旋轉慣導系統(tǒng)提供技術支持。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明基于超聲電機的MEMS慣性器件旋轉調制測試系統(tǒng)的模塊示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明中轉臺的機構示意圖。
[0018]其中標號解釋:1_基座、2_碼盤、3_超聲電機、4_臺面、5_驅動器、6_外殼、7_軸
承主軸?！揪唧w實施方式】
[0019]下面結合說明書附圖，對本發(fā)明的實施方式進行描述。
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