惯性导航作业
惯性导航系统的基本原理、特点及在现代生活中的应用
惯性导航系统的基本原理
惯性导航系统也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。
惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角;加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。
惯性导航技术的理论基础是牛顿力学基本定律。惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。惯性导航系统分成平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两大类。平台式惯性导航系统将惯性测量元件安装在惯性平台上，惯性平台稳定在预定的坐标系内，为加速度计提供一个测量基准，并使惯性测量元件体角运动的影响。导航计算机根据加速度计的输出和初始条件进行导航解算，得出载的位置、速度等导航参数。捷联式惯性导航系统将惯性测量元件直接固联在载体上，测量沿载体坐标系的角速度和角加速度，计算机则利用陀螺的输出，进行坐标变换，求解载体的即时速度、位置等导航参数。惯性导航仅依靠惯性装置本身就能在载体内部独立地完成导航任务，不需要与外界发生任何信号联系，具有高度的自主性。这在战略和战术应用上具有重要的意义。但惯性导航的定位误差会随时间逐步增加，必须不断地进行误差修正，才能保证达到要求的精度。
陀螺仪
陀螺仪通常是指安装在万向支架中高度旋转的转子，转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动，前者称单自由度陀螺仪，后者称二自由度陀螺仪。
陀螺仪具有定轴性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。对于光学、MEMS等技术被进入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。陀螺仪的种类很多，按用途来分，它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。陀螺仪分为，压电陀螺仪，微机械陀螺仪，光纤陀螺仪和激光陀螺仪，它们都是电子式的，并且它们可以和加速度计，磁阻芯片，GPS，做成惯性导航控制系统。
加速度计
加速度是用来计测量加速度的仪表。它通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向，但用来测量设备相对地面的摆放姿势的精确度不高，该缺陷可以通过陀螺仪得到补偿。
惯性导航的特点：
惯性导航系统有如下优点:1、由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响;2、可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;3、能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低;4、数据更新率高、短期精度和稳定性好。其缺点是:1、由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差;2、每次使用之前需要较长的初始对准时间;3、设备的价格较昂贵;4、不能给出时间信息。但惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此射程远的武器通常会采用指令、GPS等对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位置参数。惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽，线性度好，性能稳定，具有良好的温度稳定性和重复性，在高精度的应用领域中一直占据着主导位置。由于科技进步，成本较低的光纤陀螺(FOG)和微机械陀螺(MEMS)精度越来越高，是未来陀螺技术发展的方向。
惯性导航系统在现代生活中的应用
现代生活中惯性导航系统已经涉及到我们的生活中的很多发面，在陆地车辆、船舶、舰艇、航天飞行器、大地测量、资源勘测、海洋探测、铁路、航天飞机及执导武器方面，尤其是在军事方面得到了大量的应用，战斗机、坦克、导弹都用到了惯性导航技术。随着惯性导航技术的发展与成熟，人们的出行、娱乐都会涉及到惯性导航。手机、摄像机、玩具、航模和现在很火热的VR都已经运用到了惯性导航技术。现在的GPS就是惯性导航系统在生活中应用最成功的例子。在未来的生活中惯性导航会涉及到更多的方面，对我们的生活产生更大的帮助。
惯性导航作业
惯性导航作业
一、数据说明： 1：惯导系统为指北方位的捷连系统。初始经度为116.344695283度、纬度为39.975172度,高度h为30米。初速度 v0=[-9.993908270;0.000000000;0.348994967]。 2：jlfw中为600秒的数据，陀螺仪和加速度计采样周期分别为为1/100秒和1/100秒。 3：初始姿态角为[2 1 90]（俯仰，横滚，航向,单位为度）,jlfw.mat中保存的为比力信息f_INSc(单位m/s^2)、陀螺仪角速率信息wib_INSc(单位rad/s)，排列顺序为一~三行分别为X、Y、Z向信息. 4: 航向角以逆时针为正。 5:地球椭球长半径re=6378245;地球自转角速度wie=7.292115147e-5;重力加速度g=g0*(1+gk1*c33^2)*(1-2*h/re)/sqrt(1-gk2*c33^2)； g0=9.7803267714;gk1=0.00193185138639;gk2=0.00669437999013;c33=sin(lat纬度); 二、作业要求： 1：可使用MATLAB语言编程，用MATLAB编程时可使用如下形式的语句读取数据：load D:\...文件路径...\jlfw,便可得到比力信息和陀螺仪角速率信息。用角增量法。 2：(1) 以系统经度为横轴，纬度为纵轴（单位均要转换为：度）做出系统位置曲线图； (2) 做出系统东向速度和北向速度随时间变化曲线图（速度单位：m/s，时间单位：s）； (3) 分别做出系统姿态角随时间变化曲线图（俯仰，横滚，航向,单位转换为：度，时间单位：s）； 以上结果均要附在作业报告中。 3：在作业报告中要写出“程序流程图、现阶段学习小结”，写明联系方式。
线性系统大作业1
研 究 生 课 程 论 文 (2014-2015学年第一学期) 线性系统的基本特性 研究生：
线性系统理论的研究对象为线性系统。线性系统是最为简单和最为基本的一类动态系统。线性系统理论是系统控制理论中研究最为充分、发展最为成熟和应用最为广泛的一个分支。线性系统理论中的很多概念和方法，对于研究系统控制理论的其他分支，如非线性系统理论、最优控制理论、自适应控制理论、鲁棒控制理论、随机控制理论等，同样也是不可缺少的基础。 线性系统的一个基本特征是其模型方程具有线性属性即满足叠加原理。叠加原理是指，若表系统的数学描述为L ，则对任意两个输入变量u 1和u 2以及任意两个非零有限常数c 1和c 2必成立关系式： 11221122()()()L c u c u c L u c L u +=+ 对于线性系统，通常还可进一步细分为线性时不变系统（linear time-invariant systems)和线性时变系统（linear time-varying systems)两类。 线性时不变系统也称为线性定常系统或线性常系数系统。其特点是，描述系统动态过程的线性微分方程或差分方程中，每个系数都是不随时间变化的函数。从实际的观点而言，线性时不变系统也是实际系统的一种理想化模型，实质上是对实际系统经过近似化和工程化处理后所导出的一类理想化系统。但是，由于线性时不变系统在研究上的简便性和基础性，并且为数很多的实际系统都可以在一定范围内足够精确地用线性时不变系统来代表，因此自然地成为线性系统理论中的主要研究对象。 线性时变系统也称为线性变系数系统。其特点是，表征系统动态过程的线性微分方程或差分方程中，至少包含一个卷数为随时间变化的函数。在视实世界中，由于系统外部和内部的原因，参数的变化是不可避免的，因此严格地说几乎所有系统都属于时变系统的范畴。但是，从研究的角度，只要参数随时间
北航惯性导航综合实验五实验报告
惯性导航技术综合实验 实验五惯性基组合导航及应用技术实验
惯性/卫星组合导航系统车载实验 一、实验目的 ①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理； ②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理； ③掌握捷联惯导 /GPS组合导航系统静态性能； ④掌握动态情况下捷联惯导 /GPS组合导航系统的性能。 二、实验内容 ①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）； ②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）； 三、实验系统组成 ①捷联惯导/GPS组合导航实验系统一套； ②监控计算机一台。 ③差分 GPS接收机一套； ④实验车一辆； ⑤车载大理石平台； ⑥车载电源系统。 四、实验内容 1）实验准备 ①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台； ②将IMU与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算
机、GPS 接收机与导航计算机、GPS 天线与GPS 接收机、GPS 接收机与GPS 电池之间的连接线正确连接； ③ 打开GPS 接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星； ④ 打开电源，启动实验系统。 2） 捷联惯导/GPS 组合导航实验 ① 进入捷联惯导初始对准状态，记录IMU 的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU ； ② 实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态； ③ 移动实验车，按设计实验路线行驶； ④ 利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。 五、 实验结果及分析 (一) 理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。 1、一分钟惯导位置误差理论推导： 短时段内（t<5min ），忽略地球自转0ie ω=，运动轨迹近似为平面1/0R =，此时的位置误差分析可简化为： （1） 加速度计零偏?引起的位置误差：2 10.88022t x δ?==m （2） 失准角0φ引起的误差：2 02 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：3 30.01376 g t x εδ==m 可得1min 后的位置误差值123 1.8157m x x x x δδδδ=++= 2、一分钟惯导实验数据验证结果： （1）纯惯导解算1min 的位置及位置误差图：
车辆大作业2
系统组成如下： （1）动力系统（蓄电池组、直流无刷电机）； （2）传动系统（轮边减速器）： （3）行走系统（轮胎、前车架、后车架、摆动架）： （4）转向系统（电动推杆，铰接体）： （5）通信系统（车载无线AP、网络交换机、遥控装置接收器）； （6）信息采集系统（激光雷达、里程计、惯性导航模块、转角传感器）：（7）控制系统（主控制器、信号采集控制器、DSP电机驱动控制器）： （8）遥控系统（工业遥控器）动力系统由蓄电池组构成（24V蓄电池组2组，48V蓄电池组1组），作为整车的动力源以及控制电源。四轮独立驱动，动力分别由四个轮边电机经过轮边减速器传递到车轮。 行走系统由前后两个车架组成，车架由槽钢焊接，前后车架通过较接体与摆动架相连，可以实现车体的转向和摆动。 转向系统采用电动推杆（带有减速机构的直流无刷电机）代替转向油缸实现转向。 信息采集系统的构成与实车相同，包括激光雷达、里程计、转角传感器、惯性导航模块等，同样为了实现信息采集从而获取地面信息以及车体位姿信息。 通信系统的构成与实车相同，包括车载无线AP、网络交换机、遥控装置接收器，采用CAN总线和以太网通信，同样为了实现各个系统之间的数据交控制系统采用工控机以及信号采集控制器、DSP电机驱动控制器来实现模型样机的遥控操作以及无人驾驶。跟实车有所不同的是采用DSP电机驱动控制器取代了实车的执行控制器PLC，原因是DSP在对行驶驱动电机和转向电动推杆的控制上比执行控制器PLC更为方便。 1动力系统 地下铰接式自卸车实车采用柴油机作为动力源，而模型样机则采用蓄电池组作为动力源。 本文的研究目的是验证路径跟踪以及速度决策算法，作为研究对象的实车和模型样机均采用铰接转向与电传动结构，在运动关系上相同，所以动力源的不
北航惯性导航综合实验四实验报告
基于运动规划的惯性导航系统动态实验 二零一三年六月十日
实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验 一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。
图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图 如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 1、操作步骤 1）检查电机驱动电源（24V） 2）检查USB_PCL6045B 控制板与上位机及电机驱动器间的连接电缆 3）启动USB_PCL6045B 控制板评估测试系统检查系统是否正常工作。 4）运行编写的定长运动程序，并比较实际位移与设定位移。
哈尔滨工业大学自动化专业本科生培养方案
自动化专业本科生培养方案 一、培养目标 本专业培养知识、能力、素质，德、智、体、美全面发展，在较宽的科技领域（包括控制理论与工程应用、系统分析设计与仿真、运动控制、过程控制、飞行器导航制导与控制以及系统工程技术、电子工程技术、计算机技术与应用等）掌握坚实的基础理论和系统的专业知识，并具备在高等院校、科研院所及工业企业等部门和行业从事与控制系统相关的分析、设计、开发、集成、管理及维护的高素质、复合类、创新型高级科技人才。 本专业注重宽基础、强适应性，注重基础理论及其与工程实际相结合，面向国家现代化建设，并具有紧密结合航天、宇航与国防工业现代化建设需求的人才培养特色。 二、培养要求 本专业学生主要学习自动化领域的基本理论和基本知识，接受自动化领域的基本方法及其解决实际工程问题等方面的基本训练，具有自动化工程设计与研究方面的基本能力。 （一）毕业生应在思想和情感方面具备以下主要素质： 1.政治品质。热爱祖国，关心国家大事、时事政治，有较强的法制法规观念； 2.思想品质。树立积极向上的人生观、正确的价值观和辩证唯物主义的世界观； 3.道德品质。具备良好的道德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。 （二）毕业生应获得以下主要方面的知识和技能： 1.掌握数理等基础理论的原理和方法； 2.具备较扎实的外语综合能力，能够顺利地阅读本专业外文文献； 3.掌握计算机、电气等关联学科的相关原理、方法及相应实验仪器的使用技能； 4.身心健康，具有较好的人文社会科学基础以及军事训练方面的基本知识； 5.掌握自动控制原理、控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法，具有较好的工程实践能力； 6.掌握科学计算、系统仿真、软硬件开发等实验方法和技术； 7.具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并具备基本的发现问题、分析问题和解决问题的能力。 （三）毕业生应在意识和意志方面具备以下主要素质： 1.协作意识。具备与同学同事协同工作、协调配合的能力； 2.创新竞争意识。崇尚科学，求真务实，具有较强的创新意识和竞争意识； 3.坚毅意志。具备勇于面对困难并善于克服困难的心理素质。 三、主干学科 控制科学与工程。 四、专业主干课程 电路I、模拟电子技术基础II、数字电子技术基础II、自动控制原理I、现代控制理论基础、自动控制元件及线路I、计算机控制、控制系统设计、导航原理、飞行器控制与制导、过程控制系统、运动控制系统。
北航惯性导航大作业
惯性导航基础课程大作业报告（一）光纤陀螺误差建模与分析 班级：111514 姓名： 学号 2014年5月26日
一.系统误差原理图 二.系统误差的分析 （一）漂移引起的系统误差 1. εx ，εy ，εz 对东向速度误差δVx 的影响 clc;clear all; t=1:0.01:25; g=9.8; L=pi/180*39; Ws=2*pi/84.4*60; Wie=2*pi/24; R=g/(Ws)^2; e=0.1*180/pi; mcVx1=e*g*sin(L)/(Ws^2-Wie^2)*(sin(Wie*t)-Wie*sin(Ws*t)/Ws); mcVx2=e*((Ws^2-(Wie^2)*((cos(L))^2))/(Ws^2-Wie^2)*cos(Ws*t)-(Ws^2)*((sin(L))^2)*cos(Wi e*t)/(Ws^2-Wie^2)-(cos(L))^2); mcVx3=(sin(L))*(cos(L))*R*e*((Ws^2)*cos(Wie*t)/(Ws^2-Wie^2)-(Wie^2)*cos(Ws*t)/(Ws^2-Wi e^2)-1); plot(t,[mcVx1',mcVx2',mcVx3']); title('Ex,Ey,Ez 对Vx 的影响'); xlabel('时间t'); ylabel('Vx(t)'); 0,δλδL ,v v δδ
legend('Ex-mcVx1','Ey-mcVx2','Ez-mcVx3'); grid; axis square; 分析：εx，εy，εz对东向速度误差δVx均有地球自转周期的影响，εx，εy还会有舒勒周期分量的影响，其中，εy对δVx的影响较大。 2.εx，εy，εz对东向速度误差δVy的影响 clc;clear all; t=1:0.01:25; g=9.8; L=pi/180*39; Ws=2*pi/84.4*60; Wie=2*pi/24; R=g/(Ws)^2; e=0.1*180/pi; mcVy1=e*g*(cos(Wie*t)-cos(Ws*t))/(Ws^2-Wie^2); mcVy2=g*sin(L)*e/(Ws^2-Wie^2)*(sin(Wie*t)-Wie/Ws*sin(Ws*t)); mcVy3=g*cos(L)*e/(Ws^2-Wie^2)*(sin(Wie*t)-Wie/Ws*sin(Ws*t)); plot(t,[mcVy1',mcVy2',mcVy3']); title('Ex,Ey,Ez对Vy的影响'); xlabel('时间t'); ylabel('Vy(t)'); legend('Ex-mcVy1','Ey-mcVy2','Ez-mcVy3'); grid; axis square;
最优估计大作业1.
最优估计大作业 姓名：李海宝 学号：S314040186 导师：刘胜 专业：控制科学与工程
模糊逻辑卡尔曼滤波器在智能AUV导航系统中的自适应调 整 摘要 本论文基于全球定位系统（GPS）和几个惯性导航系统（INS）传感器描述了对于自主水下航行器（AUV）应用的一种智能导航系统的执行过程。本论文建议将简单卡尔曼滤波器（SKF）和扩展卡尔曼滤波器（EKF）一前一后地用于融合INS 传感器的数据并将它们与GPS数据结合到一起。传感器噪声特性里潜在的变化会引起SKF和EKF的初始统计假定的调整，本论文针对这一问题着重突出了模糊逻辑方法的使用。当这种算法包含实际传感器噪特性的时候，SKF和EKF只能维持他们的稳定性和性能，因此我们认为这种自适应机制同SKF与EKF一样有必要。此外，在提高导航系统的可靠性融合过程期间，故障检测和信号恢复算法也需在此要讨论。本论文建议的这种算法用于使真实的实验数据生效，这些数据都是从Plymouth大学和Cranfield大学所做的一系列AUV实验(运行低成本的锤头式AUV)中获得的。 关键词：自主水下航行器；导航；传感器融合；卡尔曼滤波器；扩展卡尔曼滤波器；模糊逻辑 1.引言 对于以科学、军事、商业为目的应用，如海洋勘察、搜索未爆弹药和电缆跟踪检查，AUV的发展需要相应导航系统的发展。这样的系统提供航行器位置和姿态的数据是很有必要的。在这样的系统中对精度的要求是最重要的：错误的位置和姿态数据会导致收集数据的一个毫无意义的解释，或者甚至AUV的一个灾难性故障。 越来越多来自整个世界的研究团队正利用INS和GPS来研发组合导航系统。然而，他们的工作中几乎都没有明确几个INS传感器融合的本质要求，这些传感器用于确保用户保持精度或甚至用来防止在与GPS融合之前导航系统这部分的完全失败。例如，金赛和惠特科姆（2003）使用一个切换机制来防止INS的完全失败。虽然这个方法简单易行，但是可能不适合用于维持一个确定的精度等级。 出于多传感器数据融合和集成的目的，几种估计方法在过去就已经被使用过。为此，SKF/EKF和它们的变形在过去就已经是流行的方法，并且一直到现在都对开发算法感兴趣。然而，在设计SKF/EKF过程中，一个显著的困难经常会被
北航惯性导航综合实验四实验报告
基于运动规划的惯性导航系统动态实验 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
二零一三年六月十日 实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
哈工大校内实习报告剖析
哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系 生产实习报告 班级： 学号： 姓名： 实习地点： 实习时间： 带队教师： 2016年8月3日
一、实习情况概述 为了拓展学生自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高我们的能力，以便在毕业以后能够真正适应国内外经济形势的变化，学院组织了一次生产实习。实习期间，每天上午各个实验室和课题组通过讲座的方式讲解其研究内容和方向，而下午则是带领我们参观具体的实验设备和研究成果。参观的单位包括仿真中心、惯导中心、控制中心、智控所、控制科学与工程系、相关课题组以及航天科技股份有限公司。 实习时间：2016年7月18日——2016年7月29日 实习地点：哈尔滨市 实习单位：7月18日，控制中心 7月19日，汽车电子联合实验室 7月20日，航天科技股份有限公司 7月21日，仿真中心（姚郁组） 7月22日，仿真中心（杨明组） 7月25日，惯导中心 7月26日，光刻机课题组 7月27日，智能控制系统研究所 7月28日，马广富课题组 7月29日，控制科学与工程系 二、实习内容 1.控制理论与制导技术研究中心 通过讲座和实地参观使我对控制中心的研究内容及方向有了很深刻的了解。该中心成立于2001年10月，位于哈尔滨工业大学科学园2F栋，使用面积2000多平方米，具有完备的学习、科研环境和齐全的硬件设施。 控制理论与制导技术研究中心的研究工作侧重于两大领域：鲁棒控制理论与应用、导航制导与控制技术。现为教育部“鲁棒控制理论及在航天控制中的应用”长江学者创新团队和国家自然科学基金委“航天飞行器的鲁棒控制理论与应用”创新研究群体的主要基地。 此外，上午的讲座还介绍了复杂系统控制与滤波，飞行器导航与控制，惯性
哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系生产实习报告
哈尔滨工业大学航天学院 控制科学与工程系 生产实习报告 班级： 学号： 108041XXX 姓名： 实习地点：哈工大及航天科技 实习时间： 2011.7.4 —— 2011.7.15 带队教师：周乃馨林玉荣 2011年8 月4日
生产实习报告 在大三下学期期末我们航天学院四系组织了为期两周的生产实习，参观了哈工大的控制与仿真中心，控制理论与制导技术研究中心，惯导中心，汽车电子联合实验室以及航天科技风华股份有限公司，并听了各位专家的报告和系学科科研介绍。 第一周的实习主要在校内进行，上午听报告，下午参观，可以说每一天都过的很充实。前两天安排的是控制与仿真中心的实习，在这里我们了解了系统仿真的概念和分类，并对仿真的作用有了更直观的认识。专家们还对气浮台做了具体的介绍，并在中心里让我们近距离接触，给我们留下了深刻的印象。老师们还介绍了现在仿真中存在的问题和研究方向，比如功能拦截器的制导问题，BBT导弹的制导控制问题等。在最后给我们介绍了仿真中心的概况及研究方向，并且展示了部分研究成果，还对研究团队的成员做了大致的介绍。接下来，我们又参观了控制理论与制导技术研究中心，首先分别由黄显林教授，段广仁教授，宋申民副教授给我们介绍了中心的概况与团队简介，并着重介绍了中心的研究领域，如：复杂系统控制与滤波，飞行器导航与控制，惯性技术，计算机网络控制等。中心不仅在科研方面有着杰出贡献，对本科及硕士生教学也有着不小的功劳，主要体现在航天器飞行控制与GPS应用与原理方面。 在这周的最后两天，我们参观了学校的空间控制与惯性技术研究中心。中心创立于1990年，是“211”，“985”工程重点建设部门之一，曾获多个国家科技进步奖，并发表学术论文300多篇，科研队伍由主任王常虹率领，其中高会军教授使我们学校新一代科学技术人才。中心在国际上交流也颇多，并参加了不少重要国际学术会议。中心主要研究的是转台，在实习中专家对转台做了详细的介绍，并对转台研究的发展进行了阐述，当然我们现在的技术与美国还落后很多，所以需要我们更加努力地去学习。接着老师们又对转台系统的研究主要控制技术问题进行了剖析，如：角位置和角速度测量精度，带宽的扩展，低速性能问题，各框架间的动力学耦合，元件的死区、饱和非线性问题，系统的可能性和电测兼容性等。最后屈桢深老师又介绍了视觉技术，并对此技术给了一个很艺术的解释：从梦想到现实。这是一门新兴学科，主要应用于生产线自动检测与装配，空间探测，医学化验、检测与治疗，视觉信息压缩与传输，天文学，地理学等，应用广泛。目前我们学校实验室主要研究方向为：智能交通监控，为了解决改善路况和道路安全与事件监测问题。 第二周我们开始了为期两天的校外实习，实习地点在航天科技风华股份有限公公司。刚开始，先由王老师对公司进行了系统的介绍。公司总部迁于北京，主要法人股东是三院，总资产3.2亿元，净产2.37亿元。主营业务是汽车电子产品，精密加工产品。有员工744人，技术人员121人。主要产品：汽车电子式组合仪表，汽车行驶记录仪，汽车网络系统，汽车保护断路器，铝合金组件，叶轮等。 在研产品：电动汽车电机控制系统，汽车信息服务产业链，各种雷达座体等。 在经营业绩方面也有着不错的成绩，仪表供应方面是一汽汽车最大的客户。主要硬件资源为SMT生产线，组合仪表U形生产线，五轴五联动磨加工中心，实验设备为电波暗室。王老师还特意介绍了一下2010年经营情况介绍，收入22，820万元，并成为一汽集团首批核心供应商。 同时我们对风华公司汽车电子十二五发展规划有了了解，如：主要产品产量
哈工大导航原理大作业
哈工大导航原理大作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《导航原理》作业 (惯性导航部分)
一、题目要求 A fighter equipped with SINS is initially at the position of ?35 NL and ?122 EL,stationary on a motionless carrier. Three gyros X G ,Y G ,Z G ,and three accelerometers, X A ,Y A ,Z A are installed along the axes b X ,b Y ,b Z of the body frame respectively. Case 1:stationary onboard test The body frame of the fighter initially coincides with the geographical frame, as shown in the figure, with its pitching axis b X pointing to the east,rolling axis b Y to the north, and azimuth axis b Z upward. Then the body of the fighter is made to rotate step by step relative to the geographical frame. (1) ?10around b X (2) ?30around b Y (3) ?50-around b Z After that, the body of the fighter stops rotating. You are required to compute the final output of the three accelerometers on the fighter, using both DCM and quaternion respectively,and ignoring the device errors. It is known that the magnitude of gravity acceleration is 2/8.9g s m =. Case 2:flight navigation Initially, the fighter is stationary on the motionless carrier with its board 25m above the sea level. Its pitching and rolling axes are both in the local horizon, and its rolling axis is ?45on the north by east, parallel with the runway onboard. Then the fighter accelerate along the runway and take off from the carrier. The output of the gyros and accelerometers are both pulse numbers,Each gyro pulse is an angular increment of sec arc 1.0-,and each accelerometer pulse is g 6e 1-,with 2/8.9g s m =.The gyro output frequency is 10 Hz,and the accelerometer ’s is 1Hz. The output of gyros and accelerometers within 5400s are stored in MATLAB data files named gout.mat and aout.mat, containing matrices gm of 35400? and am of 35400? respectively. The format of data as shown in the tables, with 10 rows of each matrix selected. Each row represents the out of the type of sensors at each sample time.
北航惯性导航综合实验一实验报告
实 验一 陀螺仪关键参数测试与分析实验 加速度计关键参数测试与分析实验 二零一三年五月十二日 实验一陀螺仪关键参数测试与分析实验 一、实验目得 通过在速率转台上得测试实验,增强动手能力与对惯性测试设备得感性认识；通过对陀螺仪测试数据得分析,对陀螺漂移等参数得物理意义有清晰得认识,同时为在实际工程中应用陀螺仪与对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。 二、实验内容 利用单轴速率转台,进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验与陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。 三、实验系统组成 单轴速率转台、MEMS 陀螺仪(或光纤陀螺仪)、稳压电源、数据采集系统与分析系统。
四、实验原理 1.陀螺仪原理 陀螺仪就是角速率传感器,用来测量载体相对惯性空间得角速度，通常输出与角速率对应得电压信号。也有得陀螺输出频率信号(如激光陀螺）与数字信号（把模拟电压数字化)。以电压表示得陀螺输出信号可表示为: (1-1）式中就是与比力有关得陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力得影响,本实验不考虑此项误差。因此，式（１－１）简化为 (１-2）由（１－2）式得陀螺输出值所对应得角速度测量值: (1－3) 对于数字输出得陀螺仪,传感器内部已经利用标度因数对陀螺仪模拟输出进行了量化,直接输出角速度值,即： （１－4）就是就是陀螺仪得零偏，物理意义就是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对应得角速度。且 (１-5) 精度受陀螺仪标度因数、随机漂移、陀螺输出信号得检测精度与得影响。通常与表现为有规律性,可通过建模与补偿方法消除,表现为随机特性,可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定与就是实现角速度准确测量得基础。 五、陀螺仪测试实验步骤 1)标度因数与零偏测试实验 ａ、接通电源，预热一定时间; b、陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据;
控制系统设计作业(DOC)
第一题：现控有哪些控制器结构，各有何特点，作用，用在什么场合？ 答： （1）状态反馈： 特点：1、状态反馈将系统的每个状态变量乘以相应的反馈系数，然后反馈到输入端与参考输入相加形成控制律，作为受控系统的控制输入；2、不增加系统的维数（状态反馈解耦时也不增加系统的维数）；3、比不增加补偿器的输入反馈的效果要好；4、不增加新的状态变量；5、反馈增益阵是常矩阵，反馈为线性反馈；6、不改变受控系统的能控性，但不保证系统的能观性不变；7、对于完全能控的单输入系统能实现闭环极点的任意配置，而且不影响原系统零点的分布，但如果故意制造零极点对消，那么此时闭环系统将是不能观的；8、系统能镇定的充要条件是不能控子系统为渐近稳定。 作用：状态反馈增益阵K的引入不增加系统的维数，但可通过K的选择自由地改变闭环系统的特征值，从而是系统获得所要求的性能。 场合： （2）输出反馈： 特点：1、采用输出矢量y构成线性反馈律；2、在技术实现上的方便性；3、输入反馈的HC和状态反馈的K相当，由于m 波音737—800飞机飞行模型建立实验 学院：航空自动化 专业：导航制导与控制 1 实验目的 根据飞机所提供的QAR数据，把飞机的飞行过程分为几个阶段，通过受力分析计算得出飞机在各阶段的各个时刻的地速以及飞机当时所处的地球经纬度。这之后，再把计算出来的这些数据与QAR里面的相对应的数据进行比较，得出数据误差。使我们对飞机各阶段的机体受力分析得到验证，最后确定飞机的整个飞行过程的模型。 2 实验内容 分析所得的QAR数据，根据QAR数据对飞机的飞行过程进行分阶段处理。然后查找相关资料，对飞机在飞行各阶段过程中进行受力分析。进而用MATLAB软件编写程序，计算出飞机各个阶段的地速和地球经纬度。最后把计算出来的数据和QAR里相应的数据作比较，用MA TLAB画出比较曲线图，得出计算误差，建立起飞机的飞行过程模型。在整个实验过程中要修学的课程有：《大气数据应用分析》、《导航原理与系统》、《飞机的飞行性能》、《惯性导航原理》、《MATLAB应用与编程》等等。 3 实验步骤 3.1 QAR数据分析 QAR数据分析 数据英文数据意义和用途所用仪表备注 1 东经Present Position Longitude 由0°本初子午线向东、西递增到180°导航仪 2 北纬Present Position Latitude 赤道向北递增到90°导航仪 3 磁航向Heading Magnetic 飞机纵轴在地平面上的投影，与磁子午线的 夹角（磁北顺时针转的夹角）。磁偏角：地 球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹 角。 磁罗盘上 有罗差修 正器，已经 抵消罗差， 所以磁罗 盘测的基 本就是磁 航向。 4 标准气压高度ALTITUDE 飞机到标准气压平面的垂直距离气压式高度表 5 左无线电高度RADIO HEIGHT Left 飞机到地面的垂直距离 无线电高 度表 6 机场标高AIR/GROUND 机场与海平面的垂直高度 7 左主起落架Left main gear air/end 起落架用于在地面停放及滑行时支撑飞机并 使飞机在地面上灵活运动，并吸收飞机运动 时产生的撞击载荷。主要用来判断飞机是否 起飞。 8 右主起落架Right main gear air/end 9 真空速Computed airspeed 飞机相对于空气的运动速度，根据空速可计 算地速，从而确定已飞距离和待飞时间。 空速表0.5~1.0 10 马赫数MACH 真空速与飞机所在高度的音速之比，当飞机 的M数超过临界M数时，飞机的空气动力特 马赫数表0.5~1.0 (完整)北航惯性导航作业二. 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)北航惯性导航作业二.）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)北航惯性导航作业二.的全部内容。 惯性导航作业 一、数据说明： 1：惯导系统为指北方位的捷连系统.初始经度为116。344695283度、纬度为 39.975172度,高度h为30米。初速度v0=［—9。993908270;0.000000000； 0.348994967］。 2：jlfw中为600秒的数据，陀螺仪和加速度计采样周期分别为为1/100秒和1/100秒。 3：初始姿态角为［2 1 90］（俯仰，横滚，航向,单位为度)，jlfw。mat中保存的 为比力信息f_INSc(单位m/s^2)、陀螺仪角速率信息wib_INSc(单位rad/s)，排列 顺序为一～三行分别为X、Y、Z向信息. 4：航向角以逆时针为正. 5：地球椭球长半径re=6378245;地球自转角速度wie=7。292115147e-5;重力加速度 g=g0*（1+gk1＊c33^2)＊（1-2*h/re)/sqrt(1—gk2*c33^2）;g0=9.7803267714； gk1=0。00193185138639；gk2=0。00669437999013；c33=sin（lat纬度）; 二、作业要求： 1:可使用 MATLAB语言编程，用MATLAB编程时可使用如下形式的语句读取数据： load D:\..。文件路径。。.\jlfw,便可得到比力信息和陀螺仪角速率信息。用角增 量法。 2:（1) 以系统经度为横轴,纬度为纵轴（单位均要转换为：度）做出系统位置曲线图； （2）做出系统东向速度和北向速度随时间变化曲线图（速度单位:m/s，时间单位:s)； (3) 分别做出系统姿态角随时间变化曲线图（俯仰，横滚,航向,单位转换为：度，时间单位：s)； 以上结果均要附在作业报告中. 3：在作业报告中要写出“程序流程图、现阶段学习小结”,写明联系方式。 （注意程序流程图不是课本上的惯导解算流程，而是你程序分为哪几个模块、是 怎样一步步执行的,什么位置循环等，让别人根据该流程图能够编出相应程序） 惯性导航系统的基本原理、特点及在现代生活中的应用 惯性导航系统的基本原理 惯性导航系统也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角;加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。 惯性导航技术的理论基础是牛顿力学基本定律。惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。惯性导航系统分成平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两大类。平台式惯性导航系统将惯性测量元件安装在惯性平台上，惯性平台稳定在预定的坐标系内，为加速度计提供一个测量基准，并使惯性测量元件体角运动的影响。导航计算机根据加速度计的输出和初始条件进行导航解算，得出载的位置、速度等导航参数。捷联式惯性导航系统将惯性测量元件直接固联在载体上，测量沿载体坐标系的角速度和角加速度，计算机则利用陀螺的输出，进行坐标变换，求解载体的即时速度、位置等导航参数。惯性导航仅依靠惯性装置本身就能在载体内部独立地完成导航任务，不需要与外界发生任何信号联系，具有高度的自主性。这在战略和战术应用上具有重要的意义。但惯性导航的定位误差会随时间逐步增加，必须不断地进行误差修正，才能保证达到要求的精度。 陀螺仪 陀螺仪通常是指安装在万向支架中高度旋转的转子，转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动，前者称单自由度陀螺仪，后者称二自由度陀螺仪。 现代控制理论在电气工程中的应用 ---------电能质量的控制 徐彪 （中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008） 摘要：随着现代控制理论和电力电子技术的快速发展，现代控制理论的各种控制方法在电能质量控制中得到了广泛的应用，尤其是用于消除电网谐波的有源滤波器（APF）。本文我们拿常用的并联型有源滤波器为例子，详细论述了自适应控制、变结构控制、反馈线性化解耦控制、鲁棒控制、无源性控制以及重复控制在并联型有源滤波器中的应用，比较了了各种控制算法的优点及不足。针对有源滤波器含有较多不确定因素及其补偿对象复杂多变的特点，提出应用鲁棒性较好，对模型依赖性不强的控制方法和将不同的控制策略相互结合，充分发挥各种控制策略优越性的解决思路。 关键词：现代控制理论；有源滤波器；谐波 Abstract: With modern control theory and the rapid development of power electronics technology, modern control theory, various control methods in power quality control has been widely applied, especially for the elimination of active harmonic filters (APF) . In this paper we take the commonly used shunt active filter as an example, discusses in detail the adaptive control, variable structure control, feedback linearization decoupling control, robust control, passive control and repetitive control of shunt active filter in Application, compare the various advantages and disadvantages of the control algorithm. For the active filter compensation with many factors of uncertainty and the characteristics of complex objects, proposes the application is robust, the model dependence is not strong control methods and the different control strategies combined with each other, give full play to the Kinds of control strategies to solve the superiority of ideas. Key words: modern control theory; active filter; harmonics 引言 电能是现代文明的物质基础之一，随着各种非线性负载（如电力电子器件、电弧炉等）的使用造成的谐波污染和无功需求量得增加不仅导致功率因数偏低，也会降低系统的效率，产生电压波形畸变，增加输配电线路的线损和造成对周边通信线路的干扰[1]。因此，消除谐波的污染以及补偿系统的无功缺额成为电能质量控制研究中的热点问题之一。传统的解决方法是采用无源滤波器（PF）进行滤波和提高功率因数。但是PF的滤波特性固定，且易与线路阻抗发生串/并联谐振等缺点，限制了它的广泛应用。近年来，有源滤波器（APF）已经成为消除谐波、补偿负序、无功电流的有效手段，在低压电网中应经有相应的产品出现。与PF相比，APF变得比PF更有效，更有商业价值，它具有以下优点：能够抑制很宽的谐波频率带、不会对网络产生额外的谐波频率。 根据APF接入电网的方式，将其系统构成分为两大类，即并联型APF和串联型APF。并联型APF主要用来补偿系统的谐波和无功电流，而串联型APF则用来抑制系统的谐波电压。目前，电力系统中的谐波源大多数为谐波电流源，它们在运行过程中产生大量的谐波电流，因此研制并联型APF直接对系统的谐波和无功电流进行补偿是一种行之有效的方法，也是目前研究的重点。 并联型APF系统的基本结构主要由补偿电流信号产生电路（指令电流运算电路）和补偿发生电路（包括直流跟踪控制电路、PWM逆变器驱动电路和主电路）两部分组成。它的基本工作原理是检测补偿对象的电流和电压，经过指令电流运算电路得出补偿电流的指令信波音737-800建模大作业
(完整)北航惯性导航作业二.
惯性导航作业
现代控制理论作业