температурная компенсация

Изучите влияние температурного дрейфа на волоконно-оптические гироскопы (ВОГ), эффективные методы компенсации и экспериментальные результаты. Узнайте, как полиномиальные модели третьего порядка повышают точность на 75%.Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ), как новый тип высокоточных приборов для измерения угловой скорости, широко используются в военной, коммерческой и гражданской сферах благодаря своим компактным размерам, высокой надежности и длительному сроку службы, демонстрируя широкие перспективы развития. Однако при колебаниях рабочей температуры их выходные сигналы демонстрируют дрейф, что существенно влияет на точность измерений и ограничивает область их применения. Поэтому изучение закономерностей дрейфа ВОГ и внедрение компенсации ошибок стали критически важной задачей для повышения их адаптивности к изменяющимся температурам.Механизмы воздействия температуры на волоконно-оптические гироскопыОптические гироскопы (FOG) основаны на эффекте Сагнака и состоят из источника света, фотодетектора, разделителя лучей и волоконной катушки. Температура влияет на точность гироскопа, воздействуя на работу внутренних компонентов:Волоконно-оптическая катушка: являясь основным компонентом, волоконно-оптическая катушка создает эффект Сагнака при вращении относительно инерциального пространства. Температурные возмущения нарушают структурную взаимосвязь волоконно-оптического гироскопа, что приводит к ошибкам фазового сдвига.Фотодетектор: Колебания температуры окружающей среды вносят значительный шум в работу детектора и вызывают зависящий от температуры темновой ток. Сопротивление нагрузки детектора также зависит от температуры.Источник света: Температурные характеристики источника света тесно связаны с точностью фазового сдвига Сагнака. Изменения выходной мощности, средней длины волны и ширины спектра при различных температурах дополнительно влияют на выходной сигнал гироскопа.Существующие методы компенсации температурного дрейфаВ настоящее время существует три основных метода уменьшения температурного дрейфа:Аппаратные устройства контроля температуры: добавление локальных систем контроля температуры к волоконно-оптическим гироскопам позволяет компенсировать температурные ошибки в режиме реального времени. Однако это увеличивает объем и вес, что противоречит тенденции к миниатюризации.Модификации механической структуры: Такие методы, как квадрупольная намотка, обеспечивают симметричное воздействие температуры на волоконную катушку, уменьшая нереципрокные помехи. Однако остаточный дрейф по-прежнему влияет на определение угловой скорости.Программное моделирование компенсации: создание температурных моделей для компенсации экономит место и снижает затраты, что делает этот метод основным в инженерной практике.Эксперименты по измерению температуры и анализ моделированияЭкспериментальный дизайнИспытания проводились в трех температурных диапазонах:от 0°C до 20°Cот -40°C до -20°Cот 40°C до 60°CНачальная температура термокамеры была установлена, поддерживалась в течение 4 часов, а затем регулировалась со скоростью 5°C/ч. Были записаны данные с гироскопа. Схема испытательной системы показана на рисунке 1, с интервалом дискретизации 1 секунда и сглаживанием данных в течение 100 секунд.Основные выводыАнализ выходных кривых показал:Показания гироскопа демонстрировали значительные колебания при изменении температуры.Кривая выходной мощности следовала тем же восходящим или нисходящим тенденциям, что и кривая изменения температуры.Температурный дрейф был тесно связан с внутренней температурой и скоростью её изменения.Модель компенсацииБыла разработана модель компенсации на основе полинома третьего порядка, включающая следующие факторы:Модель температурного фактора:Lout = L0 + ∑i = 13ai(T−T0)i + ∑j = 13bjTjLout = L0 + i = 1∑3ai(T−T0)i + j = 1∑3bjTjПосле компенсации стабильность смещения достигла 0,0200°/ч.Модель температурного режима:Введение члена, описывающего скорость изменения температуры, повысило стабильность смещения до 0,0163°/ч.Комплексная модель:Благодаря учету как температуры, так и скорости ее изменения, стабильность смещения значительно улучшилась до 0,0055°/ч, что позволило снизить погрешность на 77%.Результаты сегментированной системы вознагражденияДля компенсации в различных температурных диапазонах применялись разные параметры, результаты оказались следующими:Гироскопическая осьДиапазон температурОшибка предварительной компенсации (°/ч)Погрешность после компенсации (°/ч)Процент снижения ошибокОсь Xот 0°C до 20°C0,025040,0051879% от -40°C до -20°C0,024040,0055077% от 40°C до 60°C0.023290,0060374%Ось Yот 0°C до 20°C0.023070,0059174% от -40°C до -20°C0,025350,0060276% от 40°C до 60°C0,029470,0056280%Ось Zот 0°C до 20°C0.018770,0049574% от -40°C до -20°C0.020250,0064973% от 40°C до 60°C0,014130.0060058%После компенсации амплитуда колебаний выходных кривых значительно снизилась и стала более стабильной. Среднее снижение погрешности в трех температурных диапазонах составило приблизительно 75%.Заключение и перспективыПредложенная модель температурной компенсации третьего порядка, учитывающая текущую температуру, начальное отклонение температуры и скорость изменения температуры, экспериментально доказала свою эффективность в улучшении выходных сигналов гироскопа и значительном повышении точности. Этот метод может быть применен к моделям волоконно-оптических гироскопов Micro-Magic, таким как U-F3X80, U-F3X90, U-F3X100, U-F100A и U-F300.Однако текущие исследования все еще имеют ограничения, такие как прерывистая история изменения температуры и недостаточное покрытие выборки. В будущих работах следует сосредоточиться на разработке методов компенсации температурного дрейфа во всем диапазоне температур. Для инженерных приложений программная компенсация с помощью моделирования демонстрирует большой потенциал как экономически эффективное решение, позволяющее сбалансировать точность и практичность. U-F3X90Что бы вам ни понадобилось, Micro-Magic всегда рядом.U-F3X100Что бы вам ни понадобилось, Micro-Magic всегда рядом.U-F100AЧто бы вам ни понадобилось, Micro-Magic всегда рядом.--

Изучите высокоточную калибровку волоконно-оптического гироинерциального измерительного блока (FIG IMU) в полном диапазоне температур. Освойте ключевые методы моделирования ошибок, трехмерную двунаправленную калибровку скорости/одной позиции и компенсацию кусочно-линейной интерполяции (PLI) для повышения точности навигации в дронах, беспилотных автомобилях и робототехнике.Как работает FOG IMU (Инерциальный измерительный блок на основе Волоконно-оптический гироскопКак обеспечить высокую точность в сложных температурных условиях? В данной статье проводится всесторонний анализ методов моделирования и компенсации ошибок.1. Введение в FOG IMU: «мозг» системы навигации полетаВ современных летательных аппаратах, особенно в малогабаритных беспилотных летательных аппаратах с роторами, волоконно-оптический инерциальный измерительный блок (ВОГИ) является ключевым компонентом системы навигационной информации и измерения ориентации. Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ), основанный на эффекте Сагнака, обладает такими преимуществами, как высокая точность, высокая ударопрочность и быстродействие, но он плохо адаптируется к изменениям температуры. Это может легко привести к ошибкам измерений в процессе полета, когда динамическая среда резко меняется, что влияет на работу всей навигационной системы.2. Источники ошибок: анализ распространенных отклонений измерений в инерциальном измерительном блоке FOG.Ошибки инерциального измерительного блока (IMU) на основе волоконно-оптического гироскопа (FOG) можно разделить на два основных типа:(1) Ошибка канала угловой скорости: Сюда входят ошибка установки, ошибка пропорционального коэффициента, ошибка нулевого смещения и т. д.(2) Ошибка канала ускорения: В основном вызвана ошибками установки, температурным дрейфом и динамическими возмущениями.В реальных условиях эти ошибки накапливаются, серьезно влияя на стабильность и точность системы управления полетом.3. Ограничения традиционных методов калибровкиХотя традиционные методы статической многоориентационной калибровки и измерения угловой скорости могут частично решить проблему погрешностей, они имеют очевидные недостатки в следующих аспектах:(1) Невозможно сбалансировать точность и вычислительную эффективность(2) Неприменимо к компенсации полного температурного диапазона(3) Динамические возмущения влияют на стабильность калибровкиЭто требует более интеллектуального и эффективного моделирования ошибок и механизм температурной компенсации.4. Подробное описание метода трехмерной калибровки положительной и отрицательной скорости/одноосевой ориентации в полном диапазоне температур.(1) Точная калибровка в нескольких температурных точкахЗадавая несколько температурных точек в диапазоне от -10°C до 40°C и проводя калибровку вращения по трем осям в каждой точке, можно собрать данные о параметрах погрешности, связанных с температурой.(2) Трехмерный метод положительной и отрицательной скорости: точное моделирование реальных условий полетаИспользование одноосевого поворотного стола и высокоточного шестигранного инструмента позволяет осуществлять калибровку скорости в положительном и отрицательном направлениях по осям X/Y/Z, что повышает адаптивность системы к динамическим условиям.(3) Одноосевая стабилизация положения: быстрое определение нулевого смещения системыПри сохранении статического состояния регистрируются начальные смещения при различных температурах, что обеспечивает точную поддержку данных для последующего моделирования ошибок.5. По частям Линейная интерполяция (PLI): точный инструмент компенсации ошибок с низкой вычислительной нагрузкой.Для обеспечения компенсации ошибок в инерциальном измерительном блоке на основе волоконно-оптического гироскопа (FOG IMU) во всем диапазоне температур в данной статье предлагается алгоритм кусочно-линейной интерполяции (PLI), обладающий следующими характеристиками:(1) Низкая вычислительная нагрузка: подходит для встроенных навигационных систем с ограниченными ресурсами.(2) Высокая способность компенсации в реальном времени: ошибка динамически корректируется при изменении температуры.(3) Легко развертывать и обновлятьПо сравнению с методом наименьших квадратов высокого порядка, схема PLI обеспечивает точность компенсации, значительно снижая при этом вычислительную нагрузку системы, что делает ее подходящей для вычислительных сценариев в реальном времени во время полета.6. Практическая проверка: выдающиеся характеристики в сложных условиях полета.Благодаря полевым экспериментам на борту, этот метод значительно повысил точность измерений и адаптивность системы к различным температурам и динамическим возмущениям, обеспечив прочную основу для навигации последующих высокоэффективных летательных аппаратов малого размера.7. Заключение: Освоение моделирования и компенсации ошибок в инерциальном измерительном блоке на основе волоконно-оптического гироскопа является ключом к созданию высоконадежной летной платформы.С развитием беспилотных летательных аппаратов и интеллектуальных систем управления полетом требования к точности навигационных систем стали все более жесткими. Внедрение методов трехпозиционной положительной и отрицательной калибровки скорости и сегментированной линейной интерполяции позволяет значительно повысить адаптивность и точность инерциального измерительного блока на основе волоконно-оптического гироскопа (FOG IMU) в полном диапазоне температур и в условиях высокой динамики. В будущем ожидается, что эта технология будет играть более важную роль в автономном вождении, навигации роботов, высокоточном сборе карт и других областях. Micro-MagicU-F3X80,U-F3X90, U-F3X100,иU-F300 Для этого можно использовать трехмерную калибровку с положительным и отрицательным шагом/однопозиционную калибровку при различных температурах и метод компенсации PLI. На основе характеристик погрешностей волоконно-оптического гироскопа и кварцевого гибкого акселерометра была создана модель погрешности инерциального измерительного блока FOG, и для каждой точки с постоянной температурой была разработана трехбитная схема калибровки с положительным и отрицательным шагом/однопозиционную калибровку. Алгоритм PLI используется для компенсации температурных ошибок нулевого смещения и масштабного коэффициента системы в реальном времени, что снижает трудозатраты на калибровку и объем вычислений алгоритма компенсации, а также повышает динамику системы, ее адаптивность к температурной среде и точность измерений.U-F3X80Волоконно-оптический гироскоп IMUU-F100AИнерциальный измерительный блок на основе волоконно-оптического гироскопа средней точностиU-F3X100Волоконно-оптический гироскоп IMUU-F3X90Волоконно-оптический гироскоп IMU