旋转惯导系统误差自补偿原理分析及试验验证
１００１－５０６Ｘ（２０１１）１０－２２６８－０４
旋转惯导系统误差自补偿原理分析及试验验证
李魁徐烨烽张仲毅张京娟
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京１００１９１
摘 要：为分析旋转惯导系统误差自补偿原理，分别推导陀螺漂移的随机常值分量、时间相关分量以及随机游走分量在捷联惯导系统和旋转惯导系统中造成的角度误差及其统计特性，并进行对比。结果表明，旋转可将陀螺漂移中的常值分量完全调制并能抑制时间相关分量的影响，但对随机游走分量造成的误差无调制效果。采用０．１（°）／ｈ漂移率的陀螺和０．２ ｍｇ偏置的加速度计研制旋转惯导系统样机并进行导航试验，试验结果表明，该系统可以达到０．２ ｎ ｍｉｌｅ／ｈ导航精度。
惯性导航；误差分析；陀螺漂移；加计零偏
Ｕ６６６．１Ａ１０．３９６９／ｊ． ｉｓｓｎ． １００１－５０６Ｘ． ２０１１．１０． ２５
Ｅｒｒｏｒｓ ａｕｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ
ＬＩ ＫｕｉＸＵ Ｙｅ－ｆｅｎｇＺＨＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ－ｙｉＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｊｕａｎ
２０１１－０３－２８２０１１－０５－０５
国家自然科学基金（６１０７９０１７，６０８０４０５６）；航空科学基金（２００８０８５１０２０）资助课题
李魁（１９８５－），男，博士研究生，主要研究方向为惯性及组合导航技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｆｌｉｋｕｉ＠ １２６． ｃｏｍ
（１８）
无抑制效
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旋转惯导系统误差自补偿原理分析及试验验证
作者：李魁， 徐烨烽， 张仲毅， 张京娟， LI Kui， XU Ye-feng， ZHANG Zhong-yi， ZHANG Jing-juan
作者单位：北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100191
刊名：
系统工程与电子技术
英文刊名：Systems Engineering and Electronics
年，卷(期)：2011,33(10)
被引用次数：4次
参考文献(20条)
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引证文献(4条)
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3.于旭东.张鹏飞.谢元平.龙兴武单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移预测方法[期刊论文]-强激光与粒子束 2013(4)
4.何泓洋.许江宁.查峰.李京书双轴旋转惯导旋转方式误差特性研究[期刊论文]-计算机仿真 2013(5)
引用本文格式：李魁.徐烨烽.张仲毅.张京娟.LI Kui.XU Ye-feng.ZHANG Zhong-yi.ZHANG Jing-juan旋转惯导系统误差自补偿原理分析及试验验证[期刊论文]-系统工程与电子技术 2011(10)
数控车床丝杠螺距误差的补偿
项目数控车床丝杠螺距误差的补偿 一、工作任务及目标 1．本项目的学习任务 （1）学习数控车床丝杠螺距误差的测量和计算方法； （2）学习数控车床螺距误差参数的设置方法。 2．通过此项目的学习要达到以下目标 （1）了解螺距误差补偿的必要性； （2）掌握螺距误差补偿的测量和计算方法； （3）能够正确设置螺距误差参数。 二、相关知识 滚珠丝杠螺母机构 数控机床进给传动装置一般是由电机通过联轴器带动滚珠丝杆旋转，由滚珠丝杆螺母机构将回转运动转换为直线运动。 1、滚珠丝杠螺母机构的结构 滚珠丝杠螺母机构的工作原理见图1；在丝杠1 和螺母 4 上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来变成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管 3 连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。
2、进给传动误差 螺距误差：丝杠导程的实际值与理论值的偏差。例如PⅢ级滚珠丝杠副的螺距公差为0.012mm/300mm。 反向间隙：即丝杠和螺母无相对转动时丝杠和螺母之间的最大窜动。由于螺母 结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，则形成了反向间隙。为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。但反向间隙过大将严重影响机床精度。因此数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。 图2为常用的双螺母螺纹调隙式结构，它 用平键限制了螺母在螺母座内的转动，调整时只要扮动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴 向移动一定距离，在将反向间隙减小到规定的范围后，将其锁紧。
立式加工中心机床的螺距误差补偿(精)
立式加工中心机床的螺距误差补偿 随着我国制造业的飞速发展，数控机床制造技术也在不断地发展，同时对数控机床的各项性能提出了越来越高的要求。机床的定位精度便成为了衡量机床性能的一项重要指标。机械结构当中不可避免的摩擦、间隙，以及装配误差成为了制约机床定位精度的主要因素。由此，数控系统的制造商开发出了螺距误差补偿功能，借此以消除或者削弱以上因素对机床定位精度的影响，从而达到更好的加工效果。发那科与西门子两大公司在这个领域表现得尤为出色，以下将对这两种数控系统的螺距误差补偿方法进行详细介绍。 1.发那科数控系统机床的误差补偿（以FANUC 0i-MD为例） 1.1基本概念 1.1.1补偿点的指定 各轴的补偿点的指定，可通过夹着参考点的补偿点编号指定(+)侧、(-)侧来进行。机械的行程超过(+)侧、(-)侧所指定的范围时，有关超出的范围，不进行螺距误差补偿（补偿量全都成为0）。 1.1.2补偿点号 补偿点数，在螺距误差设定画面上提供有共计1024 点，从0 到1023。通过参数将该编号任意分配给各轴。 另外，螺距误差设定画面中，在最靠近负侧的补偿号前，显示该轴的名称。 1.1.3补偿点的间隔 螺距误差补偿的补偿点为等间隔，在参数中为每个轴设定该间隔。 螺距误差补偿点的间隔有最小值限制，通过下式确定。 螺距误差补偿点间隔的最小值＝最大进给速度（快速移动速度）÷7500 1.2相关参数 (1)1851 每个轴的反向间隙补偿量。 (2)1852 每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量。 (3)3620 每个轴的参考点的螺距误差补偿点号。 (4)3621 每个轴的最靠近负侧的螺距误差补偿点号。 (5)3622 每个轴的最靠近正侧的螺距误差补偿点号。 (6)3623 每个轴的螺距误差补偿倍率。 (7)3624 每个轴的螺距误差补偿点间隔。 注：以上参数中3620，3621，3622，3624修改后需要切断电源并重新上电才生效，其余参数修改后复位即可生效。 1.3操作方法（以X轴行程为850mm的丝杠为例，全长采集20个数据） 1.3.1连接激光干涉仪 1.3.2设置参数
惯导系统
陀螺仪 一、新型超高精度惯性传感器-----冷原子陀螺仪 摘要: 综述了目前国内外正积极研制的原子干涉仪。它是建立在激光冷却、囚禁与操控原子理论基础上，利用原子本身作为自由下落的“测试物体”来测量仪器所受到的惯性力。这种新型惯性敏感器能以前所未有的精度同时测量物体的旋转角速度和线性加速度，并可通过原子对抛技术实现两种量测量的区分，这已为诸多实验所验证。报道了国内外原子干涉仪的最新研制进展。原子干涉仪的紧凑性和长时稳定性将使其在惯性测量领域获得更广泛的工程应用。 1.引言 原子和光子、中子一样，具有波粒二像性，利用其波动性，可以实现跟光学干涉仪类似的原子干涉仪。它是近20年发展起来的激光冷却与操控原子技术的一个重要应用[1]。原子干涉仪能精确测量旋转角速度[2-3]和线性加速度[4-5]，从而用作原子陀螺、原子绝对重力仪和原子重力梯度仪，其短时灵敏度已超过目前的光学干涉仪，可以用作下一代高精度惯性敏感器。在实际应用中,冷原子较热原子具有更小的速度及其速度分布,利用冷原子实现的冷原子陀螺仪在小型集成化及其惯性导航领域的应用中更具有优势, 因此, 冷原子陀螺仪的实验研究有着重要的意义。冷原子惯性器件正在从实验室研究逐步向实用化转化，因此我国紧跟国际先进研究方向，加大了冷原子惯性传感器原理的研究力度。 2.原子干涉仪基本原理 拉曼型原子干涉仪通常采用构型，第一个拉曼脉冲和原子相互作用时原子相干分束，拉曼脉冲和原子相互作用时, 两个态的原子发生布居数互换的同时都获得了双光子反冲动量，原子相干反射，第二个拉曼脉冲和原子相互作用时原子合束发生干涉。在原子干涉过程中，初始态的原子经过第一个拉曼脉冲实现分束时，原子有一半的几率继续呆在初态，有一半的几率发生跃迁而呆在激发态，在激发态的原子同时获得激光的相位，形成一个相干叠加态，当原子与第二个拉曼光脉冲作用时，原子正好感受到一个的跃迁,，原子布居数发生交换的同时均获得激光的相位，当原子与第三个拉曼光脉冲作用时，初态的原子有一半的几率继续呆在初态，有一半的几率发生跃迁而呆在激发态，同样，激发态的原子有一半的几率继续呆在激发态，有一半的几率发生跃迁而呆在初态,他们均获得激光的相位，因此，原子经过三个拉曼脉冲作用后原子内态为初态和激发态的相干叠加态，原子在初态或激发态的几率为： （1） 从公式(1)可以看出, 拉曼光的相位参与到原子内态的布居数变化上，当扫描任意一个拉曼光相位时，可以得到原子干涉条纹。如图1 所示为原子干涉仪示图。
下垂补偿功能的原理
西门子840D数控系统补偿功能bjxtdlhzzj,2008-11-10 19:22:11 一、西门子840D数控系统的补偿功能 西门子840D数控系统提供了多种补偿功能，供机床精度调整时选用。这些功能有： 1、温度补偿。 2、反向间隙补偿。 3、插补补偿，分为： (1) 螺距误差和测量系统误差补偿。 (2)下垂补偿（横梁下垂和工作台倾斜的多维交叉误差补偿）。 4、动态前馈控制（又称跟随误差补偿）。包括：速度前馈控制和扭矩前馈控制。 5、象限误差补偿（又称摩擦力补偿）。分为：常规(静态) 象限误差补偿和神经网络(动态)象限误差补偿。 6、漂移补偿。 7、电子重量平衡补偿。 在西门子840D功能说明样本和资料中所列的众多补偿功能中，都没有指出该系统具有双向螺距误差补偿功能。但是在下垂补偿功能描述中却指出，下垂补偿功能具有方向性。这样，如果下垂误差补偿功能，在基准轴和补偿轴定义为同一根轴时，就可能对该轴进行双向丝杠螺距误差补偿，由此提供了一个双向螺距误差补偿的依据。 二、840D下垂补偿功能的原理 1、下垂误差产生的原因： 由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。 2、840D下垂补偿功能参数的分析： 西门子840D数控系统的补偿功能，其补偿数据不是用机床数据描述，而是以参数变量，通过零件程序形式或通用启动文件(_INI文件) 形式来表达。描述如下： (1) $AN_CEC[t，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数。 (2) $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称。 (3) $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的轴名称。 (4) $AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离。 (5) $AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置： (6) $AN_CEC_MAX[t]: 基准轴补偿终止位置 (7) $AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向。其中： ★ $AN_CEC_DIRECTION[t]=0：补偿值在基准轴的两个方向有效。 ★ $AN_CEC_DIRECTION[t]=1：补偿值只在基准轴的正方向有效，基准轴的负方向无补偿值。 ★ $AN_CEC_DIRECTION[t]=-1：补偿值只在基准轴的负方向有效，基准轴的正方向无补偿值。 (8) $AN_CEC_IS_MODULO[t]：基准轴的补偿带模功能。 (9) $AN_CEC_MULT_BY_TABLE[t]：基准轴的补偿表的相乘表。这个功能允许任一补偿表可与另一补偿表或该表自身相乘。 3、下垂补偿功能用于螺距误差或测量系统误差补偿时的定义方法： 根据840D资料的描述，机床的一个轴，在同一补偿表中，既可以定义为基准轴，又可以
惯导
微惯性测量单元MIMU设计及其误差补偿模型的研究 针对微惯性测量单元(MIMU)小体积、低功耗、低成本、高实时性的应用需求，设计了一种基于 ARM和MEMS惯性器件的MIMU系统，并根据实验中得到的惯性器件的误差特性建立了一种惯性器件误差补偿模型，然后在硬件系统上进行了实验验证。利用该模型对惯性器件测量结果进行修正，可以有效抑制误差，提高MIMU的测量精度。整个系统能满足使用精度要求。 近年来，随着微机械加工工艺的发展，微惯性器件的生产水平也不断地提高，出现了很多低成本、高可靠性的微惯性器件，为新型惯性测量单元(IMU)的设计提供了技术基础。但是，微惯性器件因制造工艺、材料等因素影响，导致其测量精度较低，受环境因素影响较大。因此，在实际应用中很难长时间保证其测量精度。为了提高系统的测量精度，很多人对MEMS 惯性器件，尤其是MEMS陀螺仪的误差修正问题进行了研究，提出了各种修正方法]，一定程度上提高了测量精度。但是，一些方法不具有实时性，不具有应用价值。为了满足惯性测量的实时陛、低成本等要求，设计了一种基于ARM微处理器的MIMU系统。该系统以ARM微处理器为核心，外围设备包括信号采集电路、信号输出电路及MEMS惯性器件等。然后根据实验中得到的数据，提出了一种实时修正方法，实验结果表明系统能满足实际需求。 1微惯性测量单元设计 MIMU系统由微处理器单元、微机械惯性器件单元(包含MEMS陀螺仪和MEMS加速度计)、A／D转换单元、输出单元以及电源转换模块组成，如图1所示。MIMU以微处理器单元为核心，微机械惯性器件单元的输出作为系统的输入，处理结果存储到存储器并由输出单元输出。系统由两部分组成，它们之间的关系如图2所示。第l部分是微处理器单元，由ARM处理器、SDRAM、NandFlash及复位开关等组成。这是一个包含ARM处理器的最小系统。所选的ARM 处理器是韩国三星的$3C2410，它是一个以ARM9内核为核心的处理器，包含多种外围设备，如UART、SDRAM控制器、NandFlash控制器以及外部中断接口等。用它作为MIMU的核心，可以显著减少外部设备，减小系统体积。SDRAM用作系统的内存，用于运行应用程序。NandFlash用来存储应用程序并记录运行过程中测得的数据，存储处理结果。 第2部分是微惯性测量单元，由微惯性器件单元、A／D转换单元和输出单元组成。微惯性器件单元包括3个MEMS陀螺仪和3个MEMS加速度计，按照正交的方位安装，用于测量3个轴的角速率和加速度。A／D转换单元的输入信号包含3个方向的角速率、加速度和陀螺仪的温度传感器输出、参考电压输出。温度输出用于修正陀螺仪和加速度计的温度误差，参考电压输出用于修正因A／D转换芯片的参考电压不准确引起的转换误差。在A／D转换芯片和CPU之问添加缓冲芯片，将对A／D芯片的读写与对SDRAM的读写操作隔离开来，以防止因读写数据引起逻辑混乱。
捷联式惯导系统误差解析解研究
第22卷 第11期计 算 机 仿 真2005年11月 文章编号:1006-9348(2005)11-0042-04 捷联式惯导系统误差解析解研究 张宾,刘藻珍 (北京理工大学机电工程学院,北京100081) 摘要:该文在一定的假设条件下利用捷联惯导系统的三维误差状态模型求解出了单通道误差状态方程的解析解,列表给出 了各误差源对于某一特定误差状态的动态影响。然后利用某型导弹的弹道数据通过对两种误差模型在同一条件下进行仿 真的方法验证了单通道误差状态方程解析解的正确性。单通道误差模型对分析各种误差源对系统的影响,确定在满足系统 精度要求的条件下主要误差源的选择范围,进行系统精度分配提供了十分方便直观的方法。 关键词:捷联;误差模型;误差分析 中图分类号:V249.32 文献标识码:A Research on the Error Ana lyti c Soluti on of Strapdown I nerti a l Nav i ga ti on System ZHANG B in,L I U Zao-zhen (School of Mechanical Electr onic Engineering,Beijing I nstitute of Technol ogy,Beijing100081,China) ABSTRACT:I n this paper,err or state model of strapdown inertial navigati on syste m(SI N S)is educed and analytic s oluti on t o monochannel err or state equati on is worked out under the conditi on of certain hypotheses.The lists of the effect of each err or s ource t o a given err or status are p r ovided when SI N S is in the state of moving.The correctness of analytic s oluti on t o monochannel err or state equati on is validated by the means of t w o err or models’si m ulati on excer p2 ting the same actual traject ory data of a certain type m issile.Monochannel err or model gives a convenient and intu2 iti onistic way t o analyze the effect of all kinds of err or s ources t o the system,deli m it the selective range of main err or s ource which can meet the requirement of the syste m accuracy and all ot syste m accuracy. KE YWO RD S:Strapdown;Err or model;Err or analysis 1 引言 在导航过程中,希望惯导系统能准确地提供各种导航信 息。但各种误差源的存在,使导航信息具有一定的误差。本 文在一定的假设条件下利用捷联惯导系统的三维误差状态 模型求解出了单通道误差状态方程的解析解,列表给出了各 误差源对于某一特定误差状态的动态影响。然后利用某型 导弹的弹道数据通过对两种误差模型在同一条件下进行仿 真的方法验证了单通道误差状态方程解析解的正确性。 单通道误差模型对分析各种误差源对系统的影响,确定 在满足系统精度要求的条件下主要误差源的选择范围,进行 系统精度分配提供了十分方便直观的方法。 2 捷联惯导误差模型 当地水平坐标系(L)中,捷联惯导系统力学编排方程计 算输出的状态变量包括:大地坐标(φ,λ,h),运动速度(V e , V n,V u)及姿态信息(r,p,y)等量。此时相应的误差状态向量 δX(t)=[ 西门子840D数控系统螺距误差补偿 西门子840D数控系统不同于以前曾广泛应用的810T/M和840C等老数控系统,它并没有提供专门的双向螺距误差补偿功能，通过对840D系统中的下垂补偿功能的分析研究，找到了一种方法，成功的解决了进行双向螺距误差补偿的问题。 关键词：数控系统下垂补偿功能双向螺距误差补偿 由于机床丝杠在制造、安装和调整等方面的误差，以及磨损等原因，造成机械正反向传动误差的不一致，导致零件加工精度误差不稳定。因此也必须定期对机床坐标精度进行补偿，必要时要做双向坐标补偿，以达到坐标正反向运动误差的一致性。 一、西门子840D数控系统的补偿功能 西门子840D数控系统提供了多种补偿功能，供机床精度调整时选用。这些功能有： 1、温度补偿。 2、反向间隙补偿。 3、插补补偿，分为： (1) 螺距误差和测量系统误差补偿。 (2)下垂补偿（横梁下垂和工作台倾斜的多维交叉误差补偿）。 4、动态前馈控制（又称跟随误差补偿）。包括：速度前馈控制和扭矩前馈控制。 5、象限误差补偿（又称摩擦力补偿）。分为：常规(静态) 象限误差补偿和神经网络(动态)象限误差补偿。 6、漂移补偿。 7、电子重量平衡补偿。 在西门子840D功能说明样本和资料中所列的众多补偿功能中，都没有指出该系统具有双向螺距误差补偿功能。但是在下垂补偿功能描述中却指出，下垂补偿功能具有方向性。这样，如果下垂误差补偿功能，在基准轴和补偿轴定义为同一根轴时，就可能对该轴进行双向丝杠螺距误差补偿，由此提供了一个双向螺距误差补偿的依据。 二、840D下垂补偿功能的原理 1、下垂误差产生的原因： 由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。 2、840D下垂补偿功能参数的分析： 西门子840D数控系统的补偿功能，其补偿数据不是用机床数据描述，而是以参数变量，通过零件程序形式或通用启动文件(_INI文件) 形式来表达。描述如下： (1) $AN_CEC[t，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数。 (2) $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称。 (3) $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的轴名称。 (4) $AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离。 (5) $AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置： (6) $AN_CEC_MAX[t]: 基准轴补偿终止位置 (7) $AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向。其中： 螺距误差补偿 螺补有关的参数： MD32450MA_BACKLASH[ ] （轴反向间隙补偿） MD32700MA_ENC_COMP_ENABLE[ ] = 0 可以写补偿值 = 1 补偿文件写保护MD38000MA_MM_ENC_COMP_MAX_POINTA[ ]（轴螺补补偿点数） 螺补的步骤（以X轴为例）： 1参数MD38000，按照X轴的全行程以及步长必须小于150mm的规则确定要补偿的点数（最好是一次确定并更改所有需要螺补轴的补偿点数）。更改完此参数后会出现一个报警4000，此时不要做NCK Reset，此时应该做NC备份。备份完后作POWER ON。 2在“Programe”（程序）中“Workpiece Programe（工件程序）”拷入各个轴的螺补程序LBX，LBY，LBZ等。 3在Service（服务）中找寻Data selection，在打开的界面中选择NC_active_data，回到data manage（数据管理）中打开NC_active_data，会出现meas.system_error_comp目录，再打开此目录会出现几个子目录：meas.system_error_comp_axis1（axis2，Axis3，axis4，……）,点击axis1,按copy出现一个面板，将axis1复制到LB中，回到“workpiece（工件）”的LB 中，将出现AX1—EEC程序，此程序就是X轴的数据补偿程序。其他轴同理。 4在对机床进行螺补之前，应先走一遍所测轴全程，确定所测轴的全程间隙，如果过大需要调整光栅钢带的长度，使得所测轴全程激光测得的数与显示屏显示的数相差范围在0.02mm以下。 5设置MD32700= 0，将X轴以LBX的程序运行一遍（注意要设置好LBX里的步长，全长等数据），将激光测试出的各个点的误差及反向间隙数据采集下来。把各个点的误差数据以及程序的步长，最大和最小点一次写入AX1—EEC程序（注意不要改变数据的正负号），将反向间隙写入MD32450。 6在auto方式下选择AX1—EEC程序，并执行此程序。将MD32700设置为1，按“MD 参数生效”，作一次复位，使补偿值生效。再执行LBX程序，再检验X轴精度是否合格。 7如果精度检验不合格，可能有以下几种情况： ⑴定位精度不合格。需要分析一下激光曲线，具体看是否有地方出现较大拐点等， 要检查钢带外壳的直线度并调整，最好控制在0.05mm以内，重复E，F步骤， 再次补偿。 ⑵重复精度不合格。这个问题就比较复杂，对于螺补数据几乎不可能，因为它完 全来源于机械的安装，只能寄希望于机械的安装精度合格了。也许唯一能解点 捷联惯导系统从20世纪60年代初开始发展起来，在1969年，捷联惯导系统作为"阿波罗"-13号登月飞船的应急备份装臵，在其服务舱发生爆炸时将飞船成功地引导到返回地球的轨道上时起到了决定性作用，成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。 捷联式惯性导航(strap-downinertialnavigation)，捷联（strap-down）的英语原义是“捆绑”的意思。因此捷联式惯性导航也就是将惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）直接装在导弹需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上，用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。 一、捷联惯导系统工作原理及特点 惯导系统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，之后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位臵信息等。 捷联惯导系统（SINS）是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。由于惯性元器件有固定漂移率，会造成导航误差，因此导弹通常采用指令、GPS或其组合等方式对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位臵参数。如采用指令+捷联式惯导 捷联惯导系统能精确提供载体的姿态、地速、经纬度等导航参数，是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位臵信息 来确定运载体的方位、位臵和速度的自主式航位推算导航系统。在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏。它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭”空间内实现精确导航。所以它具有隐蔽性好，工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点。 除此以外捷联惯导系统的最大特点是没有实体平台，即将陀螺仪和加速度计直接安装在机动载体上，在计算机中实时的计算姿态矩阵，通过姿态矩阵把导航加速度计测量的载体沿机体坐标系轴向的加速度信息变换到导航坐标系，然后进行导航计算。同时，从姿态矩阵的元素中提取姿态和航向信息．由此可见，在捷联惯导系统中平台的作用已由计算机及其软件的作用代替了，捷联式惯导系统采用的是数学平台。力学编排就是按照合适的数学模型由观测量计算出导航定位参数。具体地讲，利用陀螺仪测得的载体相对于惯性参照系的旋转角速度，计算出载体坐标系至导航计算坐标系之问的坐标转换矩阵；将测量的比力(加速度计测量载体相对于惯性空间的线加速度)变换至导航坐标系，并经过两次积分得到所需的速度位臵信息。 二、捷联惯导系统有以下独特优点： （1）去掉了复杂的平台机械系统，系统结构极为简单， 无锡职业技术学院毕业设计说明书 机械技术学院 毕业设计论文 FANUC的进给运动误差补 偿方法 学生姓名： 指导教师姓名： 所在班级所在专业 论文提交日期论文答辩日期 答辩委员会主任主答辩人 系 年月日 FANUC的进给运动误差补偿方法 目录 毕业设计任务书 (1) 开题报告 (2) 第一章进给运动误差补偿方法 (6) 1.1常见进给运动误差 (7) 1.1.1反向间隙误差补偿 (8) 1.1.2螺距误差补偿 (9) 1.1.3摩擦补偿 (11) 第二章进给误差数据采集与补偿参数的设置 (12) 2.1激光干涉仪 (12) 2.1.1单频激光干涉仪 (12) 3.1 双频激光干涉仪 (13) 3.1.1 雷尼绍激光校准系统 (14) 3.1.2 测量误差分析 (19) 3.2误差补偿参数的设置 (20) 毕业设计总结 (23) 参考文献 (24) 致谢 (25) 外文翻译 (26) 2 无锡职业技术学院毕业设计说明书 机械技术学院 毕业设计任务书 课题名称FANUC的进给运动误差补偿方法 指导教师王小平职称高级技师 专业名称数控设备应用与维护班级数控设备10832 学生姓名尹耀强学号1061083237 课题需要完成的任务： 1．根据课题调研查阅资料，了解国内外现状、进展，编写调研报告。 2．收集技术资料、图纸进行设计或分析探讨。 3．对不同类型设计的分析, 进行方案论证，确定总体方案。 4．完成毕业设计的论文。 5． 3000单词量的外文资料的翻译（专业相关科技类）。 课题计划： 2月21日—2月25日；确定毕业设计课题。 2月28日—3月 4日；收集整理英文翻译资料。 3月 7日—3月11日；查阅技术资料，完成课题的前期调研工作，完成英文翻译。3月14日—3月18日；完成课题相关资料收集，进行毕业论文构思。 3月21日—3月25日；完成毕业论文初稿。 3月28日—4月01日；完成毕业论文初稿。 4月04日—4月08日；修改、完善毕业论文，定稿。 4月11日—4月20日；整理打印毕业设计资料，完成答辩 计划答辩时间： 4月20日 数控技术系（部、分院） 2011 年3月 1 日 1 FANUC数控系统螺距误差补偿功能数控机床的直线轴精度表现在轴进给上主要由三项精度:反向间隙、定位精度和重复定位精度,其中反向间隙、重复定位精度可以通过机械装置的调整来实现,而定位精度在很大程度上取决于直线轴传动链中滚珠丝杠的螺距制造精度。在数控机床生产制造及加工应用中,在调整好机床反向间隙、重复定位精度后,要减小定位误差,用数控系统的螺距误差螺距补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。 FANUC数控系统已广泛应用在数控机床上,其螺距误差补偿功能有一定的典型性。螺距补偿原理是将机械参考点返回后的位置作为螺距补偿原点,CNC系统以设定在螺距误差补偿参数中的螺距补偿量和CNC移动指令,综合控制伺服轴的移动量,补偿丝杠的螺距误差。 1 螺距误差补偿前的准备工作回参考点后,编程控制需要螺距误差补偿的轴,从参考点或机床机械位置某一点间歇移动若干个等距检测点,用激光干涉仪等检测计量仪器检测出各点的定位误差。检测点数量可根据机床的工作长度自设。 2 设定螺距误差补偿参数 打开参数开关在MDI方式下设置参数PWE=1,系统出现1000报警,同时按CAN和RESET键清除报警。 ⑴参考点的螺距误差补偿点号码参数X轴参数No.1000Z轴参数No.2000 ⑵螺距误差补偿倍率参数参数No.0011的PML1,PML2。.PML2 PML1 倍率（ 0 0 31，0 1 32， 1 0 34，1 1 38）设定的螺距补偿值,乘上该倍率,即为输出值. ⑶螺距误差补偿点间隔X轴参数No.756Z轴参数No.757螺距误差补偿点为等间隔,设定范围从0到999999999。一般设定单位是0.001毫米。⑷螺距补偿点数目各轴从0到127共128个螺距补偿点 ⑸螺距补偿量及螺距补偿点的号X轴参数No.(1001+螺距补偿点号)Z轴参数No.(2001+螺距补偿点号)每个螺距补偿点螺距补偿量的范围为(-7)～(+7)乘以螺距补偿倍率。负侧最远补偿点的号=原点补偿点-(负侧的机床长/补偿点间隔)+1正侧最远补偿点的号=原点补偿点+(正侧的机床长/补偿点间隔) 3设定好螺距补偿参数后,在MDI方式下,设置参数PWE=0,关闭参数写状态。机床断电后重新启动,回参考点,螺距补偿生效。再检测定位精度,没达到要求的补偿点可反复修改补偿量,直至达到要求。 4 应用举例 数控车床的参考点一般设在机械正限位不到处,参考点与正限位之间的范围在加工工件时很少用到,下面以一台数控车床的Z轴丝杠精度检测结果,阐述螺距误差补偿如何应用。 编程后运行,检测Z轴移动点,每点来回检测 弹箭与制导学报 收稿日期：2010-05-18 基金项目：国防科工委基础科研项目(C1420080224) 作者简介：周本川(1984－),男,江苏徐州人,博士研究生,研究方向:组合导航系统理论与工程应用。 弹载捷联惯导系统的在线标定方法 周本川，程向红，陆源 (东南大学仪器科学与工程学院，南京，210096) 摘要：针对弹载捷联惯导系统的在线标定问题，提出基于H ∞滤波技术的“速度+姿态”匹配方法对陀螺仪和加速度计的误差进行在线标定。分析了主子惯导系统的时间不同步因素对H ∞滤波估计的影响，并提出了一种新的时间延迟补偿方法。某型捷联惯导系统机载数据的半物理仿真试验结果表明，经在线标定补偿后弹载惯导系统的纯惯性导航定位误差降低了82.6%，从而有效实现了弹载捷联惯导系统的在线标定。 关键词：在线标定；“速度+姿态”匹配；H ∞滤波；时间延迟 中图分类号：U666.1 文献标志码:A Missile-borne SINS Online Calibration ZHOU Benchuan ，CHENG Xianghong ，LU Yuan (School of Instrument Science and Engineering ，Southeast University ，Nanjing 210096,China) Abstract : In order to solve the online calibration problem of missile strapdown inertial navigation system (SINS), velocity and attitude matching method based on H ∞ filtering was designed to calibrate the errors of gyroscope and accelerometer online. The effect of time unsynchronized information between SINS and master inertial navigation system (MINS) on H ∞ filtering estimation was analyzed, and a new method of time synchronization was proposed. The simulation using airborne test data shows that the free inertial navigation position errors of missile SINS are greatly reduced by 82.6% through online calibration and compensation, the online calibration method can estimate SINS errors effectively. Keywords : strapdown inertial navigation; online calibration ；velocity and attitude matching ；H ∞ filtering ；time-delay 0 引言 弹载捷联惯导系统的误差主要来源于陀螺仪和加速度计的零位误差、标定因数误差和安装误差。一般情况下，转台标定补偿后若不重新拆装，安装角基本保持不变，但零位和标定因数存在随机启动不确定性误差，特别是随着库存时间的增长，相对转台标定值将产生很大差异。传统做法需要定期进行系统重新标定，费时费力。因此，应用滤波技术对传感器误差进行在线标定对于提高系统精度具有重要的应用价值。文献[1]和文献[2]应用Kalman 滤波技术分别采用速度匹配和“位置+速度”匹配实现了传感器误差的在线标定。 在弹载捷联惯导系统在线标定的实际应用中，如果挠曲变形、杆臂等建模不准或者环境干扰较大， 存在Kalman 滤波性能恶化的问题。同时，在线标定 的另一个关键问题是主子惯导系统的时间延迟问题。子惯导系统的滤波器接收到的主惯导信息存在大概40~120ms 的时间延迟[3]，时间延迟引起的误差 降低了基准信息的精度，影响滤波估计效果，从而 影响在线标定精度。目前，时间同步方法主要有硬件方法[4-5]和软件方法[6-7]。硬件方法需要专用的硬件电路，在一定程度上增加了系统的成本和复杂性。软件方法通过补偿时间延迟实现时间同步，文献[6]将时间延迟作为卡尔曼滤波器的状态变量对其进行滤波估计补偿，文献[7]给出了基于拉格朗日插值的同步方法，外推阶数越大，计算量越大，而且当时间延迟较大时，外推精度难以满足应用要求。 针对上述问题，本文首先建立基于“速度+姿态”匹配的在线标定H ∞滤波模型，然后在分析时间延迟对H ∞滤波估计影响的基础上进行软件方法补偿，最 后通过机载试验数据的半物理试验加以验证。 1 在线标定滤波模型建立 1.1 状态方程 应用H ∞滤波技术在线估计传感器的误差项，考 DOI ：CNKI:61-1234/TJ.20101223.1554.003 网络出版时间：2010-12-23 15:54网络出版地址：https://www.360docs.net/doc/be10099788.html,/kcms/detail/61.1234.tj.20101223.1554.003.html 捷联惯性技术的发展及与平台惯导系统的对比 [2009-06-20] 作者：admin 来源： 1.惯性技术与惯性导航的概述 惯性技术是惯性导航技术、惯性制导技术、惯性仪表技术、惯性测量技术以及惯性测试设备和装置技术的统称。它已有四十多年的发展历史了。由于惯性技术的自主性等特点，它不需要引人外界信息便可实现制导于导航。所以，它在国防科技中占有非常重要的地位，广泛的运用于航天、航空、航海等军事领域；随着惯性技术和计算机技术的不断发展以及成本降低，许多国家将其应用领域扩大到现代化交通运输、海洋开发、大地测量与勘探、石油钻井、矿井、隧道的掘进与贯通、机器人控制、现代化医疗器械、摄影技术以及森林防护、农业播种、施肥等民用领域。 惯性导航系统(Inertial Navigation System)，简称惯导，是利用惯性敏感元件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、姿态和速度的自主式航位推算系统。惯性导航系统可以分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类：平台式惯导系统是将陀螺仪和加速计安装在一个稳定平台上，以平台坐标系为基准，测量运载体运动参数的惯性导航系统；捷联式惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System , SI )是将惯性敏感元件(陀螺仪和加速计)直接安装在运载体上，是一种不再需要稳定平台或常平架系统的惯性导航系统。 导航的目的就是为了得到运载体的实时的方位、姿态和速度。在工程运用中，能够测定物体运动参数的方法很多：如测量位移可以用里程计，还可以用无线电定位技术、天文定位技术和卫星定位技术等；要测速度可以用测速计；要测转角可用角位置传感器(电位计、光电码盘等等)；要测角速度可以用转速表、测速电机等等。但是，以上各种测量手段还没有一种能够在同一时刻单独实时而又高精度地测量运载体的线运动和角运动，而惯性技术恰是测量这些运动参数的最理想的手段。 1 绪论 随着计算机和微电子技术的迅猛发展，利用计算机的强大解算和控制功能代替机电稳定系统成为可能。于是，一种新型惯导系统--捷联惯导系统从20世纪60年代初开始发展起来，尤其在1969年，捷联惯导系统作为"阿波罗"-13号登月飞船的应急备份装置，在其服务舱发生爆炸时将飞船成功地引导到返回地球的轨道上时起到了决定性作用，成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。 捷联式惯性导航(strap-down inertial navigation) ，捷联（strap-down）的英语原义是“捆绑”的意思。因此捷联式惯性导航也就是将惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）直接装在飞行器、舰艇、导弹等需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上，用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。现代电子计算机技术的迅速发展为捷联式惯性导航系统创造了条件。惯性导航系统是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主式航位推算导航系统。在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏。它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭”空间内实现精确导航。所以它具有隐蔽性好，工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点，这些优点使得惯性导航在航天、航空、航海和测量上都得到了广泛的运用[1] 1.1 捷联惯导系统工作原理及特点 惯导系统主要分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类。惯导系统（INS）是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系 统，具有隐蔽性好，可在空中、地面、水下等各种复杂环境下工作的特点。 捷联惯导系统（SINS）是在平台式惯导系统基础上发展而来的，它是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。平台式惯导系统和捷联式惯导系统的主要区别是：前者有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于陀螺稳定的平台上，该平台跟踪导航坐标系，以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架；后者的陀螺和加速度计直接固连在载体上作为测量基准，它不再采用机电平台，惯性平台的功能由计算机完成，即在计算机内建立一个数学平台取代机电平台的功能，其飞行器姿态数据通过计算机计算得到，故有时也称其为"数学平台"，这是捷联惯导系统区别于平台式惯导系统的根本点。由于惯性元器件有固定漂移率，会造成导航误差，因此，远程导弹、飞机等武器平台通常采用指令、GPS或其组合等方式对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位置参数。如采用指令+捷联式惯导、GPS+惯导（GPS/INS）。美国的战斧巡航导弹采用了GPS+INS +地形匹配组合导航。 惯导系统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，之后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。对捷联惯导系统而言，平台的作用和概念体现在计算机中，它是写在计算机中的方向余弦阵。直接安装在载体上的惯性元件测得相对惯性空间的加速度和角加速度是沿载体轴的分量，将这些分量经过一个坐标转换方向余弦阵，可以转换到要求的计算机坐标系内的分量。如果这个矩阵可以描述载体和地理坐标系之间的关系，那么载体坐标系测得的相对惯性空间的加速度和角速度，经过转换后便可得到沿地理坐标系的加速度和角速度分量，有了已知方位的加速度和角速度分量之后，导航计算机便 机床螺距误差补偿知多点 1.什么是螺距误差 开环和半闭环数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。但丝杠总有一定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件的外形轮廓偏差。螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。 2.螺距误差补偿的原理 螺距误差补偿的基本原理就是将数控机床某轴上的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控加工全行程上的误差分布曲线，再将误差以表格的形式输入数控系统中。这样数控系统在控制该轴的运动时，会自动考虑到误差值，并加以补偿。 3.螺距误差补偿方法 硬件方法 提高机床部件的加工装配精度，此方法不仅受到加工机床精度等级的制约，而且随着加工精度的提高，加工成本呈指数级增加，效益不高； 软件方法 通过SJ6000激光干涉仪采集数控机床的定位精度，再利用数控机床的可编程、智能性，对机床误差进行补偿从而达到提高机床精度的要求。采用这种方法，无需对数控机床的硬件进行改造遍可较大幅度的提高数控机床的加工精度。 4. SJ6000激光干涉仪基本参数 稳频精度：0.05ppm 动态采集频率：50 kHz 预热时间：约8分钟 工作温度范围：(0~40)℃ 存储温度范围：(-20~70)℃ 环境湿度：(0~95)%RH 空气温度传感器：±0.1℃(0~40)℃，分辨力0.01℃材料温度传感器：±0.1℃(0~55)℃，分辨力0.01℃空气湿度传感器：±5%RH (0~95)%RH 大气压力传感器：±0.1kPa (65~115)kPa 测量距离：(0~80)m (无需远距离线性附件) 测量精度：0.5ppm (0~40)℃ 测量分辨力：1nm 测量最大速度：4m/s西门子840D数控系统螺距误差补偿知识
螺距误差补偿
捷联惯导详细讲解
FANUC的进给运动误差补偿方法
FANUC数控系统螺距误差补偿功能.
弹载捷联惯导系统的在线标定方法
捷联惯性技术的发展及与平台惯导系统的对比
捷联式惯性导航系统
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