CN114184192A - 一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，属于惯性测量领域。本发明通过角振动试验,同步采集角振动台和角速度测量通道输出，利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道的理论输入、实际输出正弦函数系数；进而得到输出与输入的幅频比、相位差。再通过二阶传递函数基本公式推算出***辨识模型，获得角速度测量通道的传递函数。本发明可以提高惯性测量装置角速度测量通道的传递函数的准确度，提高仿真结果的准确性。

Description

一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法

技术领域

本发明属于领域，具体涉及一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法。

背景技术

惯性测量装置是弹上的重要设备，为弹上信息处理器提供角速度和加速度信息，用于导航、制导和稳定控制。陀螺仪作为惯性测量装置内部的核心器件，用于角速度的测量；惯性测试装置角速度测量通道输出是陀螺仪在软件滤波、物理减振器等综合作用下的输出结果。为评估导弹控制参数设计的合理性，给控制***的优化提供方向，通常会在发射前开展导弹仿真试验。仿真试验需要提供惯性测量装置角速度测量通道的传递函数，传递函数的准确度，直接影响仿真结果的准确性。

角速度测量通道传递函数由陀螺仪、软件滤波器、物理减振器等环节构成，理论推导引起的误差较大。为了更准确地获取角速度测量通道传递函数，通常采用角振动试验方法，提高模型准确度。GJB2426A-2015《光纤陀螺仪测试方法》里给出了陀螺仪一阶传递函数的获取方法，不能完全适用于惯性测量装置角速度测量通道。因此，需要寻找二阶及高阶传递函数的获取方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，以解决陀螺仪一阶传递函数的获取方法，不能完全适用于惯性测量装置角速度测量通道的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，该方法包括如下步骤：

S1、角振动试验：惯性测量装置安装在测试工装内，工装固定在角振动台上，惯性测量装置包括陀螺仪，使陀螺仪测量轴与转台输出轴向保持水平，质心尽量靠近转台中心；角振动台分别输出不同频率的正弦信号，记录各频率点角振动台的幅值/电压比例系数；用信息采集板卡同步采集角振动台输出模拟量电压和惯性测量装置角速度测量通道输出；

S2、求实际输出与理论输入曲线幅值比、相位差：利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道实际输出和理论输入正弦曲线的系数，进而获得各频率点下角速度测量通道输出的相对幅值；

S3、求取传递函数：选取二阶传递函数，推导出***辨识模型，获取传递函数分子、分母系数，得到角速度测量通道传递函数。

进一步地，所述步骤S1中，角振动台分别输出1Hz、5Hz、8Hz、19Hz、30Hz、50Hz、80Hz、100Hz、110Hz、120Hz、130Hz、140Hz、150Hz、160Hz、170Hz、180Hz、190Hz、200Hz频率的正弦信号。

进一步地，所述步骤S1中，角振动台输出模拟量电压与角度成正比。

进一步地，所步骤S1中，角振动台输出角度函数

Ω(t)＝A_vi*sin(ω_it+Φ_θ) (1)

Ω(t)——角振动台产生的角度输出；

A_vi——角振动台在频率w_i时的单边角度幅值；

ω_i——角振动台第i个振动角频率；；

t——时间；

Φ_θ——角振动台输入角速度的初始相位。

进一步地，所述角速度测量通道理论输入函数为：

Ω'(t)＝ω_i*K_i*A_vi*cos(ω_it+Φ_θ) (2)

其中，K_i——第i个频率点角振动台的幅值/电压比例系数。

进一步地，所述角速度测量通道输出角速度函数

F(t)＝F_vi*sin(ω_it+Φ_F) (3)

F(t)——角速度测量通道输出角速度；

F_vi——角速度测量通道输出在振动频率w_i时的单边幅值；

Φ_F——角速度测量通道输出的初始相位。

进一步地，所述步骤S2中利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道实际输出和理论输入正弦曲线的系数具体包括：角振动台在振动频率w_i时正弦函数为

Ω(t_n)＝A_vi*sin(ω_iΔT*n+Φ_θ)

＝A_vi*sin(ω_iΔT*n)*cos(Φ_θ)+A_vi*cos(ω_iΔT*n)*sin(Φ_θ)

式中，ΔT——数据采集周期

Ω(t_n)——第n个数据采集周期输出

推导出***辨识模型：

通过最小二乘法，可求得B＝(X'*X)^-1*X*Y

其中，

则，

同理，可求得角速度测量通道输出在频率w_i时输出的单边幅值F_vi，初始相位Φ_F。

进一步地，所述步骤S2中，获得各频率点下角速度测量通道输出的相对幅值包括：求得频率ω_i下，角速度测量通道输出的相对幅值：

进一步地，频率ω_i下，角速度测量通道输出相对幅值增益G_i

R_L——在角振动台最低频率时的角速度测量通道输出相对幅值。

进一步地，所述步骤S3具体包括：二阶传递函数公式为：

求模，得到：

展开，得到：

推导出***辨识模型：

通过最小二乘法，可求得C＝(U'*U)^-1*U*V

其中，

则传递函数的系数为，

(三)有益效果

本发明提出一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，本发明通过角振动试验,同步采集角振动台和角速度测量通道输出，利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道的理论输入、实际输出正弦函数系数；进而得到输出与输入的幅频比、相位差。再通过二阶传递函数基本公式推算出***辨识模型，获得角速度测量通道的传递函数。本发明可以提高惯性测量装置角速度测量通道的传递函数的准确度，提高仿真结果的准确性。

附图说明

图1为本发明惯性测量角速度测量通道传递函数获取工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下输入、输出正弦函数系数，进而得到输入与输出的幅频比、相位差，以二阶传递函数公式为例，推算出***辨识模型，获得传递函数。

角速度测量通道传递函数获取的工作流程图如图1所示。

S1、角振动试验。惯性测量装置安装在测试工装内，工装固定在角振动台上，惯性测量装置包括陀螺仪，使陀螺仪测量轴与转台输出轴向保持水平，质心尽量靠近转台中心。角振动台分别输出1Hz、5Hz、8Hz、19Hz、30Hz、50Hz、80Hz、100Hz、110Hz、120Hz、130Hz、140Hz、150Hz、160Hz、170Hz、180Hz、190Hz、200Hz频率的正弦信号，记录各频率点角振动台的幅值/电压比例系数。用信息采集板卡同步采集角振动台输出模拟量电压(与角度成正比)和惯性测量装置角速度测量通道输出。

角振动台输出角度函数

Ω(t)＝A_vi*sin(ω_it+Φ_θ) (1)

Ω(t)——角振动台产生的角度输出(°)

A_vi——角振动台在频率w_i时的单边角度幅值(°)

ω_i——角振动台第i个振动角频率(rad)；

t——时间(s)；

Φ_θ——角振动台输入角速度的初始相位(rad)

则角速度测量通道理论输入函数为：

Ω'(t)＝ω_i*K_i*A_vi*cos(ω_it+Φ_θ) (2)

其中，K_i——第i个频率点角振动台的幅值/电压比例系数(°/V)。

角速度测量通道输出角速度函数

F(t)＝F_vi*sin(ω_it+Φ_F) (3)

F(t)——角速度测量通道输出角速度(°/s)

F_vi——角速度测量通道输出在振动频率w_i时的单边幅值(°/s)

Φ_F——角速度测量通道输出的初始相位(rad)

S2、求实际输出与理论输入曲线幅值比、相位差。利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道实际输出和理论输入正弦曲线的系数(幅值和相位)；根据公式(2)将角振动台输出转换成角速度测量通道理论输入，相位滞后90度。

以求取角振动台在振动频率w_i时正弦函数的参数(单边幅值A_vi和初始相位Φ_θ)为例:Ω(t_n)＝A_vi*sin(ω_iΔT*n+Φ_θ)

＝A_vi*sin(ω_iΔT*n)*cos(Φ_θ)+A_vi*cos(ω_iΔT*n)*sin(Φ_θ)

式中，ΔT——数据采集周期

Ω(t_n)——第n个数据采集周期输出

推导出***辨识模型：

通过最小二乘法，可求得B＝(X'*X)^-1*X*Y

其中，

则，

同理，可求得角速度测量通道输出在频率w_i时输出的单边幅值F_vi，初始相位Φ_F。

可求得频率ω_i下，角速度测量通道输出的相对幅值：

频率ω_i下，角速度测量通道输出相对幅值增益G_i

R_L——在角振动台最低频率时的角速度测量通道输出相对幅值。

S3、求取传递函数。以二阶传递函数基本公式为例，推导出***辨识模型，获取传递函数分子、分母系数，得到角速度测量通道传递函数。

求模，得到：

展开，得到：

推导出***辨识模型：

通过最小二乘法，可求得C＝(U'*U)^-1*U*V

其中，

则传递函数的系数为，

本发明利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下惯性测量装置角速度测量通道理论输入、实际输出正弦函数系数，进而得到输入与输出的幅频比、相位差，再通过二阶传递函数基本公式推算出***辨识模型，获得角速度测量通道的传递函数。

本发明公开了一种用于惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法,通过角振动试验,同步采集角振动台和角速度测量通道输出，利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道的理论输入、实际输出正弦函数系数；进而得到输出与输入的幅频比、相位差。再通过二阶传递函数基本公式推算出***辨识模型，获得角速度测量通道的传递函数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、角振动试验：惯性测量装置安装在测试工装内，工装固定在角振动台上，惯性测量装置包括陀螺仪，使陀螺仪测量轴与转台输出轴向保持水平，质心尽量靠近转台中心；角振动台分别输出不同频率的正弦信号，记录各频率点角振动台的幅值/电压比例系数；用信息采集板卡同步采集角振动台输出模拟量电压和惯性测量装置角速度测量通道输出；

S2、求实际输出与理论输入曲线幅值比、相位差：利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道实际输出和理论输入正弦曲线的系数，进而获得各频率点下角速度测量通道输出的相对幅值；

S3、求取传递函数：选取二阶传递函数，推导出***辨识模型，获取传递函数分子、分母系数，得到角速度测量通道传递函数。

2.如权利要求1所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所述步骤S1中，角振动台分别输出1Hz、5Hz、8Hz、19Hz、30Hz、50Hz、80Hz、100Hz、110Hz、120Hz、130Hz、140Hz、150Hz、160Hz、170Hz、180Hz、190Hz、200Hz频率的正弦信号。

3.如权利要求1所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所述步骤S1中，角振动台输出模拟量电压与角度成正比。

4.如权利要求1-3任一项所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所步骤S1中，角振动台输出角度函数

Ω(t)＝A_vi*sin(ω_it+Φ_θ) (1)

Ω(t)——角振动台产生的角度输出；

A_vi——角振动台在频率w_i时的单边角度幅值；

ω_i——角振动台第i个振动角频率；；

t——时间；

Φ_θ——角振动台输入角速度的初始相位。

5.如权利要求4所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所述角速度测量通道理论输入函数为：

Ω'(t)＝ω_i*K_i*A_vi*cos(ω_it+Φ_θ) (2)

其中，K_i——第i个频率点角振动台的幅值/电压比例系数。

6.如权利要求5所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所述角速度测量通道输出角速度函数

F(t)＝F_vi*sin(ω_it+Φ_F) (3)

F(t)——角速度测量通道输出角速度；

F_vi——角速度测量通道输出在振动频率w_i时的单边幅值；

Φ_F——角速度测量通道输出的初始相位。

7.如权利要求6所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所述步骤S2中利用三角函数公式推算出***辨识模型，辨识出各频率点下角速度测量通道实际输出和理论输入正弦曲线的系数具体包括：角振动台在振动频率w_i时正弦函数为

Ω(t_n)＝A_vi*sin(ω_iΔT*n+Φ_θ)

＝A_vi*sin(ω_iΔT*n)*cos(Φ_θ)+A_vi*cos(ω_iΔT*n)*sin(Φ_θ)

式中，ΔT——数据采集周期

Ω(t_n)——第n个数据采集周期输出

推导出***辨识模型：

通过最小二乘法，可求得B＝(X'*X)^-1*X*Y

其中，

则，

同理，可求得角速度测量通道输出在频率w_i时输出的单边幅值F_vi，初始相位Φ_F。

8.如权利要求7所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所述步骤S2中，获得各频率点下角速度测量通道输出的相对幅值包括：求得频率ω_i下，角速度测量通道输出的相对幅值：

9.如权利要求8所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，频率ω_i下，角速度测量通道输出相对幅值增益G_i

R_L——在角振动台最低频率时的角速度测量通道输出相对幅值。

10.如权利要求7-9任一项所述的惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：二阶传递函数公式为：

求模，得到：

展开，得到：

推导出***辨识模型：

通过最小二乘法，可求得C＝(U'*U)^-1*U*V

其中，

则传递函数的系数为，

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