三轴转台误差对陀螺仪标定精确度的影响
三轴转台误差对陀螺仪标定精确度的影响摘要本文以陀螺仪标定精确度为研究对象，着眼于三轴转台误差实际情况。首先针对陀螺仪标定系统的基本概念进行了简要分析，进而借助于构建姿态矩阵的方式，深入研究了三轴转台误差源以及陀螺仪安装误差中的相关问题，在此基础之上构建了充分考量三轴转台误差因素影响下的陀螺仪误差模型及其标定方法，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
关键词三轴转台；误差；陀螺仪；标定系统；姿态矩阵；模型；方法；分析
中图分类号tp212 文献标识码a 文章编号1674-6708（2013）82-0043-02
1 陀螺仪标定系统基本概念分析
1）首先，陀螺仪所对应的x轴延伸方向与三轴转台所对应的中环轴坐标系轴线延伸方向表现为平行状态；
2）其次，陀螺仪所对应的y轴延伸方向与三轴转台所对应的内环轴坐标系轴线延伸方向表现为平行状态；
3）最后，陀螺仪所对应的i轴延伸方向与三轴转台所对应的外环轴坐标系轴线延伸方向表现为平行状态。
2 三轴转台误差源以及陀螺仪安装误差分析
特别需要注意的一点在于：在当前技术条件支持下，对于处于正常运行状态下的三轴转台而言，其误差源主要涉及到以下几个方面：1）主轴方向铅垂度误差源；2）三轴转台轴系角位置误差源；
MEMS陀螺仪参数校准方法研究
MEMS陀螺仪参数校准方法研究 摘要：针对陀螺仪标定成本与精度之间矛盾的问题，建立了陀螺仪的误差模型，探索了一组最佳标定位置，提出了针对陀螺仪的零偏、标度因数和安装误差角等参数引起测量数据出现偏差的4位置标定方法。并将该方法应用于机载系统的姿态测量单元，估计出了陀螺的标定参数，并对标定后的陀螺仪进行试验测试。测试结果表明，标定后陀螺仪的性能满足预期试验要求，验证了该标定方法的正确性和有效性。 关键词：陀螺仪；标定；4位置；零偏；标度因数；安装误差 引言 三轴陀螺仪常用来测量物体三个方向的角速率信息，及估计设备姿态信息。相对于传统陀螺仪，采用MEMS集成制造工艺的陀螺仪具有重量轻、体积小、成本低、可靠性高等优点，在机载导航及车载导航等领域得到了广泛应用。系统姿态测量的精度除了与姿态解算算法有关外，还与MEMS陀螺仪的加工工艺及安装精度相关。因而，对MEMS陀螺仪误差估计和标定的研究具有重要意义[1-2]。 陀螺仪的标定方法主要有基于转台的多位置角速率试验标定方法[3]和现场多位置标定方法[4-5]。传统的标定方法以高精度转台为测试基础，标定过程非常复杂。现场标定能够降低工作量，但标定精度相对较差。文献[6]在陀螺速率试验和24位置实验的基础上，提出一种无需基准北向的陀螺标定方法，消除了不对北误差影响。文献[7，8]结合传统的静态多位置和速率标定方法，提出基于双轴旋转机构的6位置标定方法，该方法求解标度因子和安装误差较为方便，但在求解常值漂移时步骤繁琐。文献[9]分别采用24位置、12位置和8位置对陀螺仪进行标定试验，表明标定位置减少，能够降低标定成本，但标定精度随之降低。因而要探究有效的标定位置，在降低标定成本的同时提高标定精度。 本文对陀螺仪的误差源进行分析，建立了测量误差的数学模型，提出了一种新型4位置陀螺仪标定方法，补偿了零偏，安装误差及标度因子对陀螺仪的影响，并进行相关实验测试。测试结果表明，该方法简化了现有标定步骤，节约了标定时间；标定结果满足预期试验要求，标定方法合理、可行。 1 陀螺仪的误差模型 在三轴陀螺仪中，三个轴向的陀螺分别安装于三个正交面上，构成右手坐标系。由于陀螺仪自身工作原理、结构，以及集成制造、安装等因素影响，导致陀螺仪的输入轴坐标系之间不能正交，存在一定的安装误差。陀螺仪标定的目的就是补偿输出值与测量值之间的偏差，补偿测量值为零而实际输出值不为零的零偏，补偿由加工精度、装配工艺等原因引起的安装耦合误差，因此MEMS陀螺的输出模型可以表示为： 其中，为敏感轴测量的角速度，为真实角速度，?啄?棕为线性刻度因子误差矢量，N为非正交因子矢量，为常值漂移(零偏)，为陀螺噪声误差。考虑到陀螺噪声误差对标定结果的影响较小，忽略噪声误差对测量结果影响。令K=1+S+N，则上述公式可以变换为： 其中，Ky x、Kz x为敏感轴x对应的安装误差耦合系数；Kx y、Kz y为敏感轴y对应的安装误差耦合系数；Kx z、Ky z为敏感轴z对应的安装误差耦合系数；Kx x、Ky y 、Kz z 为3个敏感轴对应的标定因数；D x 、D y 、D z是陀螺敏感轴x、y、z的常值漂移(零偏)。 2 4位置标定方案
三轴转台技术要求
三轴转台技术要求 1功能要求 工作方式 具有角速度、角位置控制功能，具有远控功能。具备承载负载特性 负载不大于15kg，尺寸不大于Ф250×400。 2技术指标 机械位置精度要求 a）三轴垂直度：≤±5″； b）三轴相交度Φ1mm的球形范围内； 转角范围 a）内环连续滚转； b）中环连续滚转； c）外环连续滚转； 转速率范围 a）内环：0.005°/s~2000°/s； b）中环：0.005°/s~400°/s； c）外环：0.005°/s~400°/s。 最大角加速度 a）内环：2000°/ s2； b）中环：400°/ s2； c）外环：400°/ s2。 三轴速率精度 a）±0.005°/s（≤200°/s）； b）±0.01%（≤200°/s） 姿态角位置静态误差 a）定位精度：±0.001°；
b）控制精度：±0.001°； c）位置分辨率：±0.0005°。 频率响应 a）内环：10Hz； b）中环：6Hz； c）外环：6Hz。 3 接口要求 电气接口 a）以太网接口 b）导电滑环要求 ●数量：共60环，两两双绞屏蔽，即30对为用户信号线（其中，6 对单环电流为3A，24对单环电流为0.5A）； ●屏蔽层进滑环内部； ●导电环环道接触电阻：＜20mΩ； ●掉电环环道绝缘电阻：≥500MΩ； ●导电环环道接触电阻变化量：＜5mΩ； ●导电环寿命：1×107转。 机械接口 安装面要求：基准面平行度：0.01mm，法兰加定位装置。 4 结构要求 a）转台结构：立式； b）转台的中心高度应在1.2~1.4米； 5 供电要求 a）三相380V±10%，50Hz±1%； b）二相220V±10%，50Hz±1%。
三轴转台仿真设计---设计说明书
目录 摘要 (3) Abstract (4) 1 绪论 (6) 1.1 引言 (6) 1.2 国外研究状况 (6) 1.3国内研究状况 (6) 2 三轴转台的机械设计 (8) 2.1 三轴转台的概述 (8) 2.1.1 三轴转台的性能指标 (8) 2.1.2三轴转台工作原理概述 (8) 2.1.3 伺服驱动电机的选择与计算 (9) 2.1.4 直流力矩电机的计算分析 (12) 2.1.5 框架的选材 (13) 2.2 转台结构的设计 (14) 2.2.1 外环装配示意图 (14) 2.2.2 中环装配示意图 (15) 2.2.3 内环装配示意图 (15) 2.2.4 总装配示意图 (16) 2.2.5 零件示意图 (16) 3 伺服系统的总体设计 (17) 3.1伺服系统的组成 (17)
3.2 三轴转台的工作原理 (18) 3.3 伺服系统硬件的选择 (18) 3.3.1 直流电机驱动器的选择 (19) 3.3.2 圆光栅编码器增量式YGM506 的选择 (20) 3.3.3 稳压器的选择 (20) 3.3.4 软件可编程器件的选择 (21) 3.3.5 串口卡的选择 (21) 3.4 伺服控制系统的硬件接线图 (23) 4 三轴转台的运动仿真 (24) 4.1 概述 (24) 4.1.1 主要优点 (25) 4.1.2 研究复杂的实际情况 (25) 4.2 三轴转台仿真过程[20] (26) 5 结论 (28) 6 工作展望 (29) 致谢 (30) 参考文献 (31) 2王伟
摘要 航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济及国防实力的重要标志。在航空航天领域中, 惯性导航和制导技术是一项核心技术, 三轴转台是测试惯性元件及半实物仿真的重要非标设备, 其性能的好坏直接影响仿真和测试的可靠性和置信度。 三轴转台是以控制理论、相似理论、系统技术和信息技术为基础，利用计算机和专用物理设备为工具，为惯性导航和制导系统仿真试验提供平台的关键设备【1】。它能够复现空间质心运动中的转角、角速度、角加速度等物理指标。由此，可以在地面试验室中真实地模拟导弹、飞行器等在空中的各种飞行姿态，以对敏感元件、惯导系统、执行机构等加以测试。将昂贵的实物试验转化为试验室中可预测、可重复性研究，为实物试验提供充分的技术指标和试验数据。 本文先建模设计，对转台的机械结构进行设计，并对一些标准件进行了选择，主要轴的设计，对一些装配关系进行了二维或者三维的建模。 其次，对控制系统进行了分析和选择，包括电机的选型，驱动器的选型，编码器的选型，接口扩充的选型，以及相关元件的选型，详细见附图（电控图）。其中搭建基本的硬件设备，采用软件的控制方法，设置控制系统的各模块选择，实现转台系统的运行功能，完全实现对转台的控制。（尤其是角速度和角位移的测量是本系统成为高精度转台仿真的关键性选择之一）。 关键词：三轴转台伺服系统建模直流电机 3
微机械陀螺仪的温度误差分析和模型研究
微机械陀螺仪的温度误差分析和模型研究 摘要：微机械陀螺仪是一种用于测量物体运动角速度的新型惯性器件。这种新型陀螺仪具有体积小、重量轻、可靠性高、抗冲击、易于数字化和智能化、能大批量生产等优点，是未来惯性技术向民用领域大量推广应用最有前途的仪表。但环境温度是对其性能有重大影响。本文主要对微机械陀螺仪的温度误差原因进行分析，并对现有温度误差分析补偿模型进行了介绍。 关键词：微机械陀螺仪；温度误差；灰色模型；最小二乘法；小波网络法 The research on error analysis and model of microelectron-mechanical gyroscope (College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics &Astronautics, Nanjing, 210016, China) Abstract:Micro mechanical gyroscope is a new inertial component, which is used for measuring the velocity object movement. This new type of gyroscope has characteristics such as small size, light weight, high reliability, impact resistant, easy to digital and intelligent, and mass production, so it is the future technology to civil field large inertia popularization and application of the most promising instrument. But environmental temperature has a major impact on its performance. This paper mainly to analyz the micro mechanical inner temperature error reason, and the error analysis of existing temperature compensation models are introduced in this paper. Key words:microelectron-mechanical gyroscope；temperature error；gray model；wavelet network 陀螺仪又称角速度计，可以用来检测旋转角速度和角度。传统的机械陀螺、精密光线陀螺和激光陀螺等已在航空航天等军事领域得到广泛应用。但是无论从尺寸还是成本上，都不能满足微型武器的应用要求[1]。近年来，随着半导体技术集成电路微细加工技术的迅速发展，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)惯性器件得到快速发展，微机械陀螺仪也得到快速发展，它具有体积小，抗冲击，可靠性高，寿命长，成本低等特点，在军事和民用等领域应用前景广阔[2]。据各国研究成果表明，随着器件精度的不断提高，微机械陀螺仪技术必将在未来的军用及民用的相关领域中发挥越来越重要的作用[3]。但是由于性能限制，MEMS陀螺主用于中低精度导航。在微机械陀螺中的众多误差因素中，环境温度的影响是不可忽视的。因此对微机械陀螺仪的温度特性进行分析，并进行温度误差的建模和补偿是提高精度的有效手段，也是当前MEMS陀螺研究的热点之一。 1.微机械陀螺仪的温度误差分析 微机械陀螺仪的精度是决定惯性系统精度的核心因素，陀螺仪的精度较低，对姿态测量系统的动态性能影响很大。由于其对温度敏感度大，温度漂移成为其主要的误差源之一。首先分析微机械陀螺仪的工作原理，然后分析温度对微机械陀螺仪的影响。 1.1微机械陀螺仪的工作原理 微机械陀螺仪利用了哥氏力现象，其原理如图1.1所示。图中的物体沿X轴做周期性振
陀螺仪认识入门
谈谈对陀螺仪和加速度传感器的感性认识 前几天看到官网的新规则觉得很有意思看看自己帐号注册2年多了比赛也做了2届从论坛上下了大堆资料也没给论坛贡献什么有价值的东西实在惭愧啊正好自己以前捣鼓过一段时间四轴飞行器把当时收集的一些资料发上来大家共享下吧大部分取自网络还有一部分自己的思考重要的地方用红字标明了来自网络的都用蓝字标明本人才疏学浅论坛里藏龙卧虎有不对的还请大家指正新手看看全当一个感性认识。由于时间太长就不标原文地址了大家搜搜都能搜到另外四轴飞控论坛上已经看到有人跑过去要7260 和EN—03的资料了嘿嘿数据手册其实很好找的相关资料也很多的大家多多利用搜索引擎 啊 加速度传感器测的是什么？ 我觉得很多时候大家都被它的名字给误导了我觉得准确的来说它测的不是加速度至少对于mma7260这类的片子它检测的是它受到的惯性力(包括重力！重力也是惯性力)。那又有人要问了 F=ma 惯性力不就是加速度么？差矣加速度传感器实际上是用MEMS 技术检测惯性力造成的微小形变注意检测的是微小形变所以你把加速度传感器水平静止放在桌子上它的Z轴输出的是1g的加速度因为它Z轴方向被重力向下拉出了一个形变可是你绝对不会认为它在以1g的加速度往下落吧你如果让它做自由落体它的Z轴输出应该是0 给个形象的说法可以把它看成是一块弹弹胶它检测的就是自己在三个方向被外力作用造成的形变。从刚才的分析可以发现重力这个东西实际是个很恶心的东西它能隔空打牛，在不产生加速度的情况下对加速度传感器造成形变，在产生加速度的时候不造成形变，而其他力都做不到。可惜的是，加速度传感器不会区分重力加速度与外力加 速度。 所以，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了或者说它的输出不能表明物体的姿态和运动状态举个例子当一个物体在空间做自由落体时在X轴受到一个外力作用产生g的加速度这时候x y z 轴的输出分别是 g,0,0 如果这个物体被x轴朝下静止放在水平面上它x y z 轴的输出也分别是 g,0,0 所以说只靠加速度传感器 来估计自己的姿态是很危险而不可取的 加速度传感器有什么用？ 加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动（匀速直线运动）的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（绝对坐标系）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系也 就是横滚角和俯仰角计算公示如下俯仰角
三轴雷达仿真转台设计
摘要 三轴雷达仿真转台是三轴转台的一种，本次设计的三轴雷达仿真转台主要用于某型机载雷达的测试。转台性能的优劣直接关系到仿真和测试试验的可靠性，是保证某型机载雷达的精度和性能的基础。本文针对三轴雷达仿真转台的机械结构设计进行了详细的讨论，并进行了理论论证及必要的计算，同时对本转台中使用到的测量元件及联轴器等其他原件的结构及原理作了简单的介绍，设计中采用铸铝合金作为台体的材料，实现了低转速、高精度的要求，并且减轻了整体的重量，使机构在满足：转角范围、速度范围、最大角加速度等设计参数要求的前提下，使结构设计尽量优化。本设计紧紧围绕着设计任务书中的各项指标，从内环开始至外环一步一步地展开设计。本文主要内容包括转台的总体结构论证、转台的详细结构设计、转台的误差分析等。结合转台设计的特点，本文重点讨论了转台机械结构的设计思想及设计过程。 关键词：三轴仿真转台；机载雷达；测量元件；联轴器：内环：中环：外环。
ABSTRACT Three shafts radar simulation turntable is one type of the three shafts turntable . The three shafts radar simulation turntable in this design is mainly used to test a certain type of airborne radar. The simulation turntable has great influence on the reliability and credence of experimentation,so the precision accuracy of a certain type of airborne radar is based on simulation turntable.This paper discusses detailedly the design of mechanical structure of the three shafts radar simulation turntable . Then uses the principle to demonstrate it and do the necessary calculation . At the same time, introduce the principle and structure of measurement components and clutch and other components used in the turntable in brief . This design closely revolves around every targets in design assignment,and spreads out from inner frame to outer frame step by step. The chief content of this paper involves the demonstration of the general structure , the design of the detailed structure and the analysis of error of the turntable. Combining the designing character of the turntable ,this paper emphatically discusses the idea and the process in designing the turntable. Key words：；Three Axis simulation turntable；Airborne radar；Measuring element；Coupling；Inner ring；Central；Outer ring
硅微型陀螺仪
硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪 硅微型振动陀螺仪在工作时，用微幅振动代替高速旋转 硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的工作原理： 结构图如图所示： 机械部分由基座，提供驱动力的定齿，动齿，活动质量和连接活动质量的弹簧，固定弹簧的固定端组成。固定端和定齿都固定在基座上，活动质量由弹簧连接在固定端上。动齿固定在活动质量上。该陀螺仪采用静电驱动技术，给固定在基座上的定齿梳状电极上加载带直流偏执的交流电压，活动质量上的动齿接地。这样动、静齿间便产生大小和方向周期性变化的静电吸引力，使整个活动质量和动齿一起在两定齿之间来回振动，此时若基座在惯性空间中作转动，由于哥氏力的作用，活动质量将在垂直于基座的方向上振动，这样就可敏感基座相对于惯性空间转动的角速度。 建坐标系：取将动作标系固连在硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的基座上，取动作标系的原点为活动质量质心的平衡位置，x轴为静电驱动力的方向，z轴为与基座垂直的方向，y轴由右手规则确定。 （1）只做x轴方向的转动时的结论： 1.该方向上的角速度不能测量； 2.随着静电引力的振动频率的增大，活动质量的振动的振幅会大大减小，该陀螺仪的灵敏度会降低。 3.x轴方向的角速度不能大于根号内K/m，否则陀螺仪将被损坏。陀螺仪损坏的临界值随尺寸的降低而迅速增加。 （2）只做z轴方向的转动时的结论：不能测量该方向上的角速度。 （3）陀螺仪的基座在y轴方向的转动角速度近似地与活动质量在z轴方向的这一振动频率为ω的振动的振幅成正比。比例系数为2δ/(mω3) 小结：该陀螺仪对y轴方向的角速度最敏感，即应当它作为输入量，把y轴作为输入轴。而对其影响最强烈的是活动质量在z轴方向频率为ω的振动的振幅，它可以作为输出量。而静
中国计量科学研究院三轴向精密转台系统设备采购项目技术部分文件
技术部分 仪器设备名称：频谱分析仪 1.采购背景/目标： 1.1采购背景 随着半导体行业的迅猛发展，各种高精度、多分量、高性能振动传感器技术得到长足发展，广泛应用于航天、航空、海洋工程、医疗卫生、国民经济等领域，国际上以MEMS 传感器为代表的新型振动传感器正在逐步取代传统振动传感器，成为主流运动测量产品，2008年的销售额超过了10亿美元，2010年仅ST公司的销售额就超过了20亿美元。近年来我国生产的MEMS运动传感器已经达到了国际先进水平，国外一些传统传感器行业 巨头也正在寻求我国MEMS运动传感器生产企业为其代工。然而，我国缺乏对这类传感 器的一些主要技术参数进行计量的能力，且国外对我国进行技术封锁，致使我国同类产品难以得到国际认可，无法与国外贴牌产品竞争；另一方面无法对关键技术指标进行测量，难以摸清技术改进方向，制约企业的自主创新能力。以日本国家计量院（NMIJ）为代表的发达国家计量院正在帮助日本和美国企业在ISO、IEC国际标准化组织中将其产 品和计量方法起草为新的国际标准，从而帮助其垄断未来的国际市场。例如以日本为主导起草的国际标准“IEC 60747-14-4 半导体加速度计”明确要求采用多分量重力分量 法对MEMS加速度传感器进行校准。 传统的振动台随着振动频率的下降，振动台加速度幅值以频率平方的速率下降，使得信噪比变差，不能满足新兴振动传感器的量值溯源需求，急需购置三轴向精密转台系统，建立多分量重力分量法振动标准装置，利用重力场来进行振动校准，利用传感器与重力场的夹角确定加速度幅值，实现低频1g加速度幅值的多分量振动激励，以较高的 信噪比保障校准结果的精确性和可靠性。例如，用于风力发电机组振动监测的传感器由于灵敏度较低（10mV/(m/s2)），低频段只能通过重力分量法校准。美国PCB公司和美国标准技术研究院合作研制了重力分量法振动标准装置，使得美国PCB公司几乎垄断了风力发电机组振动监测传感器的市场。我国振动监测传感器生产企业虽然可以提供类似的传感器，但由于无法校准，难以进入风力发电机组振动监测市场。 1.2 采购目标
陀螺仪的选择
陀螺仪的选择：其机械性能是最重要的参数 作者：ADI公司Harvey Weinberg 选择陀螺仪时，需要考虑将最大 误差源最小化。在大多数应用中，振动敏感度是最大的误差源。其它参数可以轻松地通过校准或求取多个传感器的平均值来改善。偏置稳定度是误差预算较小的分量之一。 浏览高性能陀螺仪数据手册时，多数系统设计师关注的第一个要素是偏置稳定度规格。毕竟，它描述的是陀螺仪的分辨率下限，理所当然是反映陀螺仪性能的最佳指标！然而，实际的陀螺仪会因为多种原因而出现误差，使得用户无法获得数据手册中宣称的高偏置稳定度。的确，可能只有在实验室内才能获得那么高的性能。传统方法是借助补偿来最大程度地降低这些误差源的影响。本文将讨论多种此类技术及其局限性。最后，我们将讨论另一种可选范式——根据机械性能选择陀螺仪，以及必要时如何提高其偏置稳定度。 环境误差 所有中低价位的MEMS陀螺仪都有一定的时间-零点偏置和比例因子误差，此外还会随温度而发生一定的变化。因此，对陀螺仪进行温度补偿是很常见的做法。一般而言，陀螺仪集成温度传感器的目的就在于此。温度传感器的绝对精度并不重要，重要的是可重复性以及温度传感器与陀螺仪实际温度的紧密耦合。现代陀螺仪的温度传感器几乎毫不费力就能达到这些要求。 许多技术可以用于温度补偿，如多项式曲线拟合、分段线性近似等。只要记录了足够数量的温度点，并且在校准过程中采取了充分的措施，那么具体使用何种技术是无关紧要的。例如，在每个温度的放置时间不足是一个常见的误差源。然而，无论采用何种技术，无论有多细心，温度迟滞——即通过冷却与通过加热达到某一特定温度时的输出之差——都将是限制因素。 图1所示为陀螺仪ADXRS453的温度迟滞环路。温度从+25℃变为+130℃，再变为–45℃，最后回到+25℃，与此同时记录未补偿陀螺仪的零点偏置测量结果。加热周期与冷却周期中的+25℃零点偏置输出存在细微的差异（本例中约为0.2°/s），这就是温度迟滞。此误差无法通过补偿来消除，因为无论陀螺仪上电与否，它都会出现。此外，迟滞的幅度与所施加的温度“激励”量成比例。也就是说，施加于器件的温度范围越宽，则迟滞越大。
有限元三轴转台外框的建模和应力分析
第22卷 第1期 西 安 工 业 学 院 学 报 V ol122 N o11 2002年3月 JOURNA L OF XIπAN I NSTIT UTE OF TECH NO LOGY Mar.2002 三轴转台外框的建模和应力分析Ξ 张建华 (西安工业学院计算机科学与工程系,陕西西安710032) 摘 要: 用ANSY S软件对三轴转台的外框进行了数值分析,得出了该零件的应力分布图,为转台模型改材及电机和轴承的选型提供了详实可靠的数据. 关键词: ANSY S;有限元分析;三轴转台;外框 中图号: TP39119 文献标识码: A 文章编号: 100025714(2002)0120011205 Stress analysis and modeling of the frames of three-axis turntable ZH ANG Jian2hua (Dept of C om pr Sci&Engr,X i’an Inst of T ech,X i’an710032,China) Abstract: The numerical analysis of the frames the turntable were made with ANSY S s oftware.The relevant stress distribution graph were obtained to provide the manu facturer with detailed and reliable data. K ey Words: ANSY S;finite element analysis(FE A);three-axis turntable;frame 有限元法是工程中复杂条件下求解各种数学问题的普遍方法.ANSY S软件[1]作为一种大型多功能有限元分析软件,无论是对分析部分,还是前、后处理部分都是国际上最先进的. 携带三轴转台做高速运动的移动部件及三轴转台受力的情况比较复杂,而在进行三轴转台设计时又不能不考虑它的受力及运动姿态.为此,我们利用ANSY S软件,给出了三轴转台外框有限元计算的力学模型,计算出了三轴转台外框应力集中的位置和应力分布规律. 1 用ANSY S对三轴转台外框进行前处理 在有限元分析中,前处理是指创建有限元模型.它包括创建实体模型、定义单元属性、划分网格、模型修正等内容.现如今大部分的有限元分析模型都用实体建模.与C AD软件类似,ANSY S也用数学的方法表达结构的几何形状,以便于划分节点和单元,同时还可以在几何模型边界上方便地施加载荷,但是实体模型并不参与有限元分析,即所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上(节点和单元上)进行求解. Ξ收稿日期:2001206215 作者简介:张建华(1975-),男(汉族),西安工业学院硕士研究生.
解析直驱电机转台技术
电机咨询：解析直驱电机转台技术 直驱电机，即直接驱动式电机的简称，主要指电机在驱动负载时，不需经过传动装置（如传动皮带等）。与生活相关的最常见的应用是洗衣机，即洗衣机滚动与驱动电机之间不使用皮带连接。由于电机结构的特殊性，可实现低速大扭矩输出，满足加工中心机床用转台切削进给的需要。电机具有很好的伺服刚性和动态性，可使转台加速度增大，回转速度大幅度提高。由于直驱电机直接与转动负载相连，因此在电机和负载之间实现了“零”传动。基于此，直驱转台应用于加工中心将是一种较好的选择。 直驱电机转台主要由以下几个部分组成：电机定子及转子，轴承，编码器，转台及旋转部分，基座、外套及固定部分，直驱电机转台所需要的密封和防尘结构，循环冷却结构。 在转台结构设计中，为了保持电机的性能，我们应该注意以下问题： 第一，密封防尘结构 直接驱动电机转子具有永磁性，如果工作台加工区的金属灰尘进入转台内部，会被吸附到转子上，影响到电机的性能甚至会导致其失效，所以通常在设计中，需要采取迷宫结构和气密封相结合的方式，持续吹入干净干燥的气体，以保证电机安全可靠的运转。 在密封方面必须充分考虑，如果电机遭遇冷却液入侵，将引起其绝缘性的降低或退化。此外，转台上所采用的州承和编码器皆为精密运动件和检测元件，使用中必须保证其密封结构的可靠性。 第二，制动 转台作为机床的工作台，需要有分度及准确定位的功能。直驱电机换台安装的直接驱动电机与通常伺服电机相同，当接到停止指令时由其动态制动电路来制动电机。但由于直驱电机转台电机与转台之间没有减速和传动机构，转速很高的电机，急停时会发生很小角度的过转，因而在直驱电机转台中需要有另外的机械或者液压锁紧机构以保证准确定位。在重切削情况下，也需要锁紧转台轴。如果转台倾斜或垂直使用，制动机构的作用将更为突出。 第三，循环冷却 转台内部的电机运转时会产生热量，处理得不好，会影响转台和机床的精度稳定性。为此，需要在转台电机定子套上开槽用于循环冷却，工作时通入循环冷却水或油带走量。电机扭矩的获得与电机的冷却相关联，只有电机得到有效冷却才能达到其标定扭矩。但是过度冷却又会产生冷凝现象，从而降低电机的绝缘性，因此推荐采用室温跟踪式冷却系统。
一种可全方位移动的三轴转台结构设计
一种可全方位移动的三轴转台结构设计 摘要：本文介绍了一种适用于一些小型飞行器模拟测试的实验平台，按要求对其结构进行了设计，并制作了实验的样机。该实验平台实现可以三个旋转自由度和地面的全方位移动，并且该平台不需要驱动元件，结构简便实用。 关键词：三轴转台;全方位移动;结构设计 引言 三维转台作为航空、航天研究中的关键地面设备是导航制导设备的关键，所以转台的技术研究一直受到发达国家航空航天领域的高度重视。三轴转台是用于飞机，导弹，飞船等其他飞行器及地面半实物仿真的关键设备，它可在实验室环境内实时地模拟复现飞行器在空中的动力学特性和飞行器在空间进行中滚转、俯仰、偏航等的运动姿态，转台技术广泛应用于航空、航海、国防建设领域中。 目前，各国研究制作的转台都是带有驱动机构的大型控制转台，这些测试转台无论是机械结构还是测量控制系统都极其复杂，转台的制作使用成本昂贵，操作复杂;而且，这些平台大多是不可自由移动的。这对于一些需要在地面自由移动的小型简易的实验飞行器和其他一些需要低成本半实物仿真的设备，显然是不适合。而针对这种在地面自由移动，低成本，使用、操作方便的飞行器设备实验仿真测试平台。本文提出一种新的可全方位移动的三轴转台设计。 1.结构设计 1.1整体结构方案设计 按照设计要求，本设计具体地说是一种可全方位移动的三轴转台，包括彼此转动连接的转动部分及移动平台，转动部分包括转杆、中环及外环，移动平台包括底座、支杆及万向轮，外环转动安装在底座上，底座上沿周向均布有多个支杆，每个支杆均连接有万向轮，通过万向轮实现水平方向前后、左右两个平移自由度;中环转动安装在外环内，转杆作为被测对象的载体转动安装在中环内，通过转杆相对于中环转动、中环相对于外环转动及外环相对底座转动实现三个旋转自由度，如图1所示。 图1 转台三维模型 1.2转动部分结构设计 转台的转动部分包括中间转杆、中环及外环，具体情况可以参照图1。中环和外环采用的正八边形的形状。中间的转杆作为被测对象的载体，主要是方便固定安装飞行器和转台连接，也可以用其他构件代替。转杆的两端分别通过转轴转动连接于中环内，中环的两侧分别通过转轴转动连接于外环内，转杆和中环之间
硅微机械谐振陀螺仪的非线性分析
第14卷第6期中国惯性技术学报V ol.14No.6 2006年12月 Journal of Chinese Inertial Technology Dec. 2006 文章编号：1005-6734(2006)06-0060-03 硅微机械谐振陀螺仪的非线性分析 盛平，王寿荣，吉训生，许宜申 （东南大学 仪器科学与工程系，南京 210096） 摘要：给出了硅微机械谐振陀螺仪的结构，介绍了硅微机械谐振陀螺仪的工作原理，详细推导并给出了陀螺仪的输出频率和标度因数非线性的计算公式；基于影响谐振陀螺仪标度因数的参数，分析了由谐振器的振幅和 梳齿静电驱动力引起的硅微机械谐振陀螺仪的非线性特性，给出了振动幅度与谐振频率关系的表达式。实验结果表明，陀螺仪的整体性能主要取决于谐振器振动幅度的稳定性。 关键词：陀螺；谐振频率；非线性；双端音叉谐振器 中图分类号：U666.1 文献标识码：A Nonlinear analysis on silicon micromachined resonant gyroscope SHENG Ping, WANG Shou-rong, JI Xun-sheng, XU Yi-shen (Department of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China ) Abstract: The operating principle of a silicon micro-machined resonant gyroscope was introduced and its structure was given. The output frequency of the gyroscope and the calculation expressions of scale factor nonlinearity were deduced. Based on the parameters that may influence the scale factor of the resonant gyroscope, the nonlinearity characteristic, which was caused by the resonator amplitude and electrostatic comb-finger driving-force, was analyzed. Finally, the relationship between the resonance frequency and vibration amplitude was presented. The results indicated that the performance of the silicon micromachined resonant gyroscope was determined by the stabilization of the vibration amplitude of resonator. Key words: gyroscope; resonance frequency; nonlinearity; double-ended tuning fork resonator(DETF) 0 引 言 谐振传感器输出的频率信号稳定性好，不易受噪声干扰，在传输和处理过程中也不易出现误差。近年来，基于谐振原理，利用表面微机械加工技术和体硅微机械加工技术研制的谐振器件已有报道，但关于硅微机械谐振陀螺仪的鲜有报 道。当硅微机械谐振陀螺仪具有较高的Q值时，陀螺仪非线性将导致谐振频率 点的漂移。因此，研究硅微机械谐振陀螺仪非线性特性，对提高陀螺仪的性能 很有必要[1]。 1 硅微机械谐振陀螺仪工作原理 硅微机械谐振陀螺仪的结构示意图如图1所示，主要由三部分构成：陀 螺仪敏感质量块部分、杠杆传递部分、双端音叉谐振器(DETF)部分。其中， 陀螺仪敏感质量块部分用于敏感输入角速度，杠杆传递部分用来放大哥氏（Coriolis）力，谐振器部分主要是将陀螺质量块输出给它的轴向哥氏力转化 成相应的频率输出[2]。 基金项目:国家863资助项目（编号：2002AA812038） 收稿日期：2006-08-19；修回日期：2006-09-26 作者简介：盛平(1977—)，男，博士研究生，研究方向为微型仪表及微系统技术。电子邮箱：pshengcn@https://www.360docs.net/doc/f16170831.html, 梳齿质量块 锚驱动方向 杠杆
谈谈对陀螺仪和加速度传感器的感性认识
前几天看到官网的新规则觉得很有意思看看自己帐号注册2年多了比赛也做了2届从论坛上下了大堆资料也没给论坛贡献什么有价值的东西实在惭愧啊正好自己以前捣鼓过一段时间四轴飞行器把当时收集的一些资料发上来大家共享下吧大部分取自网络还有一部分自己的思考重要的地方用红字标明了来自网络的都用蓝字标明本人才疏学浅论坛里藏龙卧虎有不对的还请大家指正新手看看全当一个感性认识。由于时间太长就不标原文地址了大家搜搜都能搜到另外四轴飞控论坛上已经看到有人跑过去要7260 和EN—03的资料了嘿嘿数据手册其实很好找的相关资料也很多的大家多多利用搜索引擎啊 加速度传感器测的是什么？ 我觉得很多时候大家都被它的名字给误导了我觉得准确的来说它测的不是加速度至少对于mma7260这类的片子它检测的是它受到的惯性力(包括重力！重力也是惯性力)。那又有人要问了 F=ma 惯性力不就是加速度么？差矣加速度传感器实际上是用MEMS技术检测惯性力造成的微小形变注意检测的是微小形变所以你把加速度传感器水平静止放在桌子上它的Z轴输出的是1g的加速度因为它Z轴方向被重力向下拉出了一个形变可是你绝对不会认为它在以1g的加速度往下落吧你如果让它做自由落体它的Z轴输出应该是0 给个形象的说法可以把它看成是一块弹弹胶它检测的就是自己在三个方向被外力作用造成的形变。从刚才的分析可以发现重力这个东西实际是个很恶心的东西它能隔空打牛，在不产生加速度的情况下对加速度传感器造成形变，在产生加速度的时候不造成形变，而其他力都做不到。可惜的是，加速度传感器不会区分重力加速度与外力加速度。 所以，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了或者说它的输出不能表明物体的姿态和运动状态举个例子当一个物体在空间做自由落体时在X轴受到一个外力作用产生g的加速度这时候x y z 轴的输出分别是 g,0,0 如果这个物体被x轴朝下静止放在水平面上它x y z 轴的输出也分别是 g,0,0 所以说只靠加速度传感器来估计自己的姿态是很危险而不可取的加速度传感器有什么用？ 加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动（匀速直线运动）的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（绝对坐标系）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系也就是横滚角和俯仰角计算公示如下俯仰角 横滚角 陀螺仪测的是什么？ 陀螺仪可以测量角速度,具有高动态特性,但是它是一个间接测量器件,它测量的是角度的导数,角速度,显然我们要将角速度对时间积分才能得到角度看到积分我想敏感的同学马上就能发现一个致命的问题积分误差 积分误差的来源主要有两个一个是积分时间积分时间Dt越小，输出角度越准一个是器件本身的误差假设陀螺仪固定不动,理想角速度值是0dps(degree per second)，但是有一个偏置
三轴转台标定加速度传感器
基于三轴转台的ADXL335加速度传感器标定实验 一、实验目的 1、熟练使用SGT320E 型三轴多功能转台，掌握传感器测量和采集的方法 2、掌握卡尔曼滤波课程的传感器三参数标定原理 二、实验器材 1、实验室具备“SGT320E 型三轴多功能转台”实验设备 2、实验室具备ADXL335加速度传感器 3、安捷伦数据采集卡、笔记本电脑、MATLAB 软件等。 三、实验原理 1、三轴转台部分 静态测试：此实验基础以“SGT320E 型三轴多功能转台”为平台，在三轴转台内框夹具上安装“ADXL335加速度传感器”进行测试，由三轴转台内框0°作为初始位置，内框旋转180°，每隔2°采集一次数据。将90个数据按照最小二乘法滤波，在Matlab 中计算出标定传感器所需要的三个误差参数：Bias （零偏）、Scale Factor error （刻度系数误差）、g-sensitive drift （作用在转感器敏感轴上的加速度引起的g 相关零偏）。 2、加速度传感器三个误差参数标定原理部分 在理想状态下，加速度计敏感轴被放置于垂直地面方向，则读数应为g ，当敏感轴与重力加速度方向存在一个夹角K θ时，读数应为K g θcos ?。 但事实上，加速度计是存在误差。如果为了简化变量，忽略加速度计本身噪声，那加速度计的输出可以包括重力部分（K g θcos ?）、零偏值（Bias ）、刻度因素误差（K g SF θcos ??）、敏感轴偏移误差（2 )cos (K g K θ??），因此加速度传感器的输出表达式为： 2)cos (cos cos _K K K g K g SF Bias g Output Acc θθθ??+??++?= 那么误差表达式为： 2)cos (cos cos _K K K g K g SF Bias g Output Acc Error θθθ??+??+=?-= 因此，标定传感器就需要求出、、三个参数。 如果将Error 当作测量模型K y ，将K g θcos ?当作K x ，则测量方程表达式为： 2* )(K K K x K x SF Bias y ?+?+= Bias SF K
三轴飞型转台
摘要 航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济和国防实力的重要标志。而转台则作为航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键设备，也就在其研制过程中起到了极其重要的作用。 采用飞行模拟转台进行仿真不仅加快了武器与飞行控制系统的研制过程，也是研制费用大大降低，同时它是保证航空、航天型号产品和武器系统精度及性能的基础。因此，转台的研究与制造对航空、航天工业和国防建设的发展具有重要作用。 本次毕业设计主要工作有对现有三轴飞行转台进行调研和分析，明确三轴转台的工作原理和结构组成部分，同时对实验室现有状况进行考察并对其建模，给出其中现有各物件尺寸及相对位置，还有设计外框马达单通道试验结构、中框马达单通道试验结构和内框电机试验结构、撰写论文。 关键字转台;仿真;驱动元件 I
Abstract Aviation and aerospace industry development level is an important symbol of national science and technology, economy and national defense strength. While the turntable as aviation, aerospace and other fields ofhardware-in-the-loop simulation and test of key equipment, also in the process of its development has played a very important role. The flight simulation turntable simulation not only speed up the process of development of weapon and flight control system, also is development cost is greatly reduced, at the same time it is to ensure that aviation and aerospace model product and the basis of weapon system accuracy and performance. Therefore, the study of the turntable and manufacturing for the development of aviation, aerospace industry and national defense construction plays an important role. The graduation design main job is to the existing research and analysis for three axis turntable flight, clear the working principle and structure of the three-axis turntable part of inspection for the laboratory existing conditions and its modeling, given the current size of various objects and the relative position, and the design frame motor single channel of frame structure, the test motor single channel test structure and frame motor test structure, writing essays. Keywords turntable;simulation;driving element II