一种基于高动态离心机的惯性器件动态误差指标评估方法与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于惯性器件技术领域，具体涉及一种基于高动态离心机的惯性器件动态误差指标评估方法。背景技术：2.目前加速度计等惯性器件标校所使用的主要方法，是通过离心机提供高精度、高稳定性的恒定超重力场环境，以激励惯性器件的静态误差项系数，进而修正惯性器件的输出误差，提升惯性器件的精度指标。3.但惯性器件的实际使用环境往往是高动态过载环境，当惯性器件处于高动态过载状态时，其动态误差与静态误差处于同一数量级，仅对惯性器件的静态误差进行标校不足以弥补动态误差对惯性器件整体输出精度的影响。惯性制导与导航技术的飞速发展对惯性器件精度提出了更高的要求。4.当前高动态离心机利用双轴的协调转动可营造惯性器件动态误差检验的模拟环境，为惯性器件提供高精度的动态过载输入。当目前基于高动态离心机的惯性器件动态误差的标校主要存在两个问题：一方面当前对于惯性器件的动态误差没有合适的检验指标，另一方面对基于高动态离心机输出动态过载以实现惯性器件动态误差指标的评估方法还较为欠缺。5.因此，现阶段需设计一种基于高动态离心机的惯性器件动态误差指标评估方法，来解决以上问题。技术实现要素：6.本发明目的在于提供一种基于高动态离心机的惯性器件动态误差指标评估方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题。7.为实现上述目的，本发明的技术方案是：8.一种基于高动态离心机的惯性器件动态误差指标评估方法，包括以下步骤：9.s1：针对惯性器件在动态过载条件下的特性，考虑适应的惯性器件动态误差检验指标并建立惯性器件动态误差检验指标计算方法；10.s2：基于高动态离心机双轴过载高精度输出，实现对惯性器件动态误差检验指标的具体评估试验过程。11.进一步的，步骤s1中，惯性器件动态误差检验指标包括过载值总体标准偏差、过载值时域绝对误差。12.进一步的，过载值总体标准偏差的计算方法如下：13.过载值总体标准偏差反映惯性器件的过载测量结果相对于目标过载曲线的平均偏离程度，计算公式如下：[0014][0015]式中：[0016]δgmean为过载值总体标准偏差；[0017]n为在一条动态过载曲线中，惯性器件测量得到的过载样本数量；[0018]gs,i(t)为惯性器件测量得到的第i个过载样本值；[0019]gm,i(t)为第i个过载样本采集时刻对应的目标过载值。[0020]进一步的，过载值时域绝对误差的计算方法如下：[0021]过载值时域绝对误差范围反映在整条实验曲线中，惯性器件过载值测量结果相对于目标过载值的最大偏差幅值，该指标用如下公式计算：[0022]δg(t)max＝max|gs,i(t)-gm,i(t)|ꢀꢀ(2)[0023]式中：[0024]δg(t)max为过载值时域绝对误差；[0025]gs,i(t)为惯性器件测量得到的第i个过载样本值；[0026]gm,i(t)为第i个过载样本采集时刻对应的目标过载值。[0027]进一步的，步骤s2具体如下：[0028]s201：高动态离心机通过驱动主轴变角速度转动为惯性器件提供高动态过载环境，同时驱动从轴反转降低因主轴角加速度引入并作用在惯性器件切向上的过载；则高动态离心机的双轴动态过载的理想计算模型如下：[0029][0030][0031]式中：[0032]g轴为惯性器件敏感轴上的过载输入；[0033]g切为施加在惯性器件上的切向过载；[0034]r为由于惯性器件安装偏心距与从轴旋转产生的离心机实际工作半径；[0035]β为由于惯性器件安装偏心距与从轴旋转产生的离心机输出过载指向变化角；[0036]φ为离心从轴方位转角；[0037]ω1为离心主轴旋转角速度；[0038]ω2为离心从轴旋转角速度；[0039]α1为离心主轴角加速；[0040]α2为离心从轴角加速；[0041]r为离心从轴旋转半径；[0042]θ为离心机俯仰失准角；[0043]δ为离心机滚转失准角；[0044]s202：考虑离心机主轴、从轴测角、测速、测角加速度偏差，以及离心机工作半径测量偏差、惯性器件安装偏心距测量误差因素后，并基于圆光栅测角、一阶微分测角速度、二阶微分测角加速度，并忽略二阶小量，可得到施加在惯性器件敏感轴上的动态过载试验曲线计算偏差期望模型如下：[0045][0046]式中：[0047]——离心机主轴相位测量偏差；[0048]——离心机从轴相位测量偏差；[0049]δt——脉冲信号采集、处理周期；[0050]g1——离心机输出的轴向过载变化率；[0051]g2——离心机输出的切向过载变化率；[0052]s203：通过高动态离心机主控软件加载惯性组件的预设动态过载曲线，识别动态过载曲线的“过载-时间”关键点序列分别代入式(3)、式(4)、式(5)获得“g轴-时间”、“g切-时间”、“e(g轴)-时间”曲线；[0053]s204：通过“e(g轴)-时间”曲线可计算得到动态过载曲线的最大不确定度μmax和平均不确定度[0054][0055][0056]s205：将惯性组件安装在高动态离心机固定工装上，使惯性组件的输入轴与高动态离心机主轴方向重合离心机按照“g轴-时间”、“g切-时间”曲线控制高动态主轴和从轴运动，重复多次并同步采集加速度计输出结果，即式(1)、式(2)中的gs,i(t)；式(1)、式(2)中gm,i(t)＝“g轴-时间”；[0057]s206：根据式(1)、式(2)计算得到过载值总体标准偏差δgmean、过载值时域绝对误差δg(t)max；[0058]s207：如果过载值总体标准偏差δgmean＞最大不确定度μmax，表示高动态离心机得到的过载值总体标准偏差δgmean具有可信度，过载值总体标准偏差δgmean能作为惯性器件的动态误差指标；反之不具备可信度，不能作为动态误差指标；[0059]s208：如果过载值时域绝对误差δg(t)max＞最大不确定度表示高动态离心机得到的过载值时域绝对误差δg(t)max具有可信度，过载值时域绝对误差δg(t)max能作为惯性器件的动态误差指标；反之不具备可信度，不能作为动态误差指标。[0060]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：[0061]针对惯性器件在动态过载条件下的特性，设计合适的惯性器件动态误差检验指标及其计算方法，解决当前无相关量化指标的问题。基于高动态离心机双轴过载高精度输出，实现对惯性器件动态误差检验指标的具体评估试验过程，解决当前相关试验方法的欠缺。附图说明[0062]图1为实施例的高动态离心机结构示意图。[0063]图2为实施例的步骤方法流程示意图。具体实施方式[0064]为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0065]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。[0066]而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0067]本发明提出一种基于高动态离心机的惯性器件动态误差指标评估方法，包括动态误差检验指标设计和动态误差指标检验试验两个步骤。如图2所示。[0068]如图1所示为离心机结构正视图，其中r为离心机主轴旋转中心到从轴旋转中心距离，r为惯性器件敏感轴中心到从轴旋转中心距离。[0069]本发明实施过程如下：[0070]一、动态误差检验指标设计[0071]1)、过载值总体标准偏差[0072]过载值总体标准偏差反映惯性器件的过载测量结果相对于目标过载曲线的平均偏离程度，该指标用如下公式计算：[0073][0074]式中：[0075]δgmean——过载值总体标准偏差，g；[0076]n——在一条动态过载曲线中，惯性器件测量得到的过载样本数量；[0077]gs,i(t)——惯性器件测量得到的第i个过载样本值，g；[0078]gm,i(t)——第i个过载样本采集时刻对应的目标过载值，g。[0079]2)、过载值时域绝对误差[0080]过载值时域绝对误差范围反映在整条实验曲线中，惯性器件过载值测量结果相对于目标过载值的最大偏差幅值，该指标用如下公式计算：[0081]δg(t)max＝max|gs,i(t)-gm,i(t)|ꢀꢀ(2)[0082]式中：[0083]δg(t)max——过载值时域绝对误差，g；[0084]gs,i(t)——惯性器件测量得到的第i个过载样本值；[0085]gm,i(t)——第i个过载样本采集时刻对应的目标过载值，g。[0086]二、动态误差指标检验试验[0087]s1：高动态离心机通过驱动主轴变角速度转动为惯性器件提供高动态过载环境，同时驱动从轴反转降低因主轴角加速度引入并作用在惯性器件切向上的过载。则高动态离心机的双轴动态过载的理想计算模型如下：[0088][0089][0090]式中：[0091]g轴——惯性器件敏感轴上的过载输入，m/s2；[0092]g切——施加在惯性器件上的切向过载，m/s2；[0093]r——由于惯性器件安装偏心距与从轴旋转产生的离心机实际工作半径，m；[0094]β——由于惯性器件安装偏心距与从轴旋转产生的离心机输出过载指向变化角，rad；[0095]φ——离心从轴方位转角，rad；[0096]ω1——离心主轴旋转角速度，rad/s；[0097]ω2——离心从轴旋转角速度，rad/s；[0098]α1——离心主轴角加速，rad/s2；[0099]α2——离心从轴角加速，rad/s2；[0100]r——离心从轴旋转半径，m；[0101]θ——离心机俯仰失准角，rad；[0102]δ——离心机滚转失准角，rad。[0103]s2：考虑离心机主轴、从轴测角、测速、测角加速度偏差，以及离心机工作半径测量偏差、惯性器件安装偏心距测量误差等因素后，并基于圆光栅测角、一阶微分测角速度、二阶微分测角加速度方案(考虑轴系相位测量偏差、微分计算周期定时偏差等因素)，施加在惯性器件敏感轴上动态过载曲线模型可写成如下形式：[0104][0105]式中：[0106]——离心机主轴相位测量偏差，rad；[0107]——离心机从轴相位测量偏差，rad；[0108]δt——脉冲信号采集、处理周期，s；[0109]g1——离心机输出的轴向过载变化率，m/s3；[0110]g2——离心机输出的切向过载变化率，m/s3；[0111]s3：用分别减去g轴，并忽略二阶小量，可得到施加在惯性器件敏感轴上的动态过载试验曲线计算偏差期望模型如下：[0112][0113]s4：通过高动态离心机主控软件加载惯性组件的预设动态过载曲线，识别动态过载曲线的“过载-时间”关键点序列分别代入式(3)、式(4)、式(6)获得“g轴-时间”、“g切-时间”、“e(g轴)-时间”曲线；[0114]s5：通过“e(g轴)-时间”曲线可计算得到动态过载曲线的最大不确定度μmax和平均不确定度[0115][0116][0117]s6：将惯性组件安装在高动态离心机固定工装上，使惯性组件的输入轴与高动态离心机主轴方向重合，离心机按照“g轴-时间”、“g切-时间”曲线控制高动态主轴和从轴运动，重复多次并同步采集加速度计输出结果，即式(1)、式(2)中的gs,i(t)。式(1)、式(2)中gm,i(t)＝“g轴-时间”；[0118]s7：根据式(1)、式(2)计算得到过载值总体标准偏差δgmean、过载值时域绝对误差δg(t)max；[0119]s8：如果过载值总体标准偏差δgmean＞最大不确定度μmax，表示高动态离心机得到的过载值总体标准偏差δgmean具有可信度，过载值总体标准偏差δgmean可以作为惯性器件的动态误差指标。反之不具备可信度，不能作为动态误差指标；[0120]s9：如果过载值时域绝对误差δg(t)max＞最大不确定度表示高动态离心机得到的过载值时域绝对误差δg(t)max具有可信度，过载值时域绝对误差δg(t)max可以作为惯性器件的动态误差指标。反之不具备可信度，不能作为动态误差指标。[0121]以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。









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