一种大量程硅微陀螺仪非线性数字补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种大量程硅微陀螺仪非线性数字补偿方法，步骤包括：合理选择标度因数非线性的补偿位置，根据输入输出关系建立标度因数补偿和输出补偿模型；在‑40℃～+60℃内进行全温实验并根据实验数据计算高、低、常温标度因数，按照补偿模型进行标度因数的分段温度补偿，分段情况为‑40℃～+20℃和+20℃～+60℃，可根据实际情况调整分段方式；在关键温度点下选取关键转速点测量输出，根据测量数据用最小二乘法拟合转速与陀螺输出直线，即标度因数直线；计算拟合直线与陀螺仪实际输出的差值得到拟合残差，根据拟合残差对转速做分段处理后基于补偿模型补偿硅微陀螺仪标度因数线性度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陀螺仪转速测量领域，特别是涉及一种大量程硅微陀螺仪非线性数字补偿方法。
技术介绍
随着MEMS惯性技术的发展，硅微陀螺仪越来越成为国内外研究的热点。与传统的陀螺仪相比硅微陀螺仪具有成本低、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高及便于智能化的特点。法国THALES公司研制出一款新型线性双质量结构硅微陀螺仪带宽为300Hz，零偏稳定性为<0.1°/h，其量程较大达到±1000°/s。德国LITEF GmbH公司提出一种新型双质量陀螺结构以适应较高精度应用领域的要求，其零偏稳定性为0.12°/h，量程为±1000°/s。为提高陀螺仪的测量精度扩大使用范围，拓展硅微陀螺仪的量程成为一项关键技术。硅微陀螺仪比较热门的技术研究主要为陀螺仪的测控电路、温度补偿等，对于量程拓展技术及由此带来的非线性补偿技术研究较边缘化。硅微陀螺仪量程扩大后会引起标度因数线性度的恶化，进而会引起硅微陀螺仪测量精度变低，因此有必要对大量程下的标度因数线性度进行补偿。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术主要解决的技术问题是提供一种非线性数字补偿方法，能够解决硅微陀螺仪量程增大后标度因数线性度恶化的问题。为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种大量程硅微陀螺仪非线性数字补偿方法，包括如下步骤：步骤1，选择硅微陀螺仪非线性数字补偿点，补偿点包括标度因数温度补偿点和输出补偿点，并建立标度因数温度补偿模型与标度因数温度补偿点的电路以及输出补偿模型与输出补偿点的电路，步骤2，对硅微陀螺仪进行全温实验，温度范围为-40℃～+60℃，并计算硅微陀螺仪分别在+60℃、+20℃、-40℃三个温度处的标度因数，以+60℃时的标度因数为基准，根据温度与频率、频率与标度因数的正比关系分段拟合并补偿标度因数，提高其温度稳定性；步骤3，在全温范围内对温度分段，在固定温度段内选择关键转速测量点测量对应输出，并利用matlab拟合出转速与对应的输出的电压的直线，其斜率即为标度因数，将拟合直线的值与实际值做差计算关键转速测量点的拟合残差，按照拟合残差的值做转速分段，在最后输出位置利用AD模拟数字转换采集到输出的值估算转速的大概值，确定被测转速所在的转速段后进行输出补偿，根据拟合残差的值确定输出补偿量。步骤1中所述标度因数温度补偿模型包括数字补偿控制器模块和测试与补偿电路模块，标度因数温度补偿模型如下式所示： V a = - ( R 4 R 3 V r e f + R 4 R 2 V c - s f ) , ]]>其中，Va为补偿点处电压，Vref为参考电压，Vc-cf为数字补偿控制器模块控制的电压补偿量，R2、R3、R4为电阻的阻值。温度和陀螺谐振频率成正比，温度可用谐振频率等效替换，根据实验可知温度和标度因数呈现出分段正比，即在温度段为-40℃-+20℃和+20℃-+60℃分别近似为正比关系，因此通过如下公式计算电压补偿量Vc-cf： V c - s f = Δ n - h R 2 · V r e f R 3 ( f + 20 - f + 60 ) ( f - f + 60 ) ( f + 60 ≤ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大量程硅微陀螺仪非线性数字补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选择硅微陀螺仪非线性数字补偿点，补偿点包括标度因数温度补偿点和输出补偿点，并建立标度因数温度补偿模型与标度因数温度补偿点的电路以及输出补偿模型与输出补偿点的电路，步骤2，对硅微陀螺仪进行全温实验，温度范围为‑40℃～+60℃，并计算硅微陀螺仪分别在+60℃、+20℃、‑40℃三个温度处的标度因数，以+60℃时的标度因数为基准，根据温度与频率、频率与标度因数的正比关系分段拟合并补偿标度因数，提高其温度稳定性；步骤3，在全温范围内对温度分段，在固定温度段内选择关键转速测量点测量对应输出，并拟合出转速与对应的输出的电压的直线，其斜率即为标度因数，将拟合直线的值与实际值做差计算关键转速测量点的拟合残差，按照拟合残差的值做转速分段，在最后输出位置利用AD模拟数字转换采集到输出的值估算转速的大概值，确定被测转速所在的转速段后进行输出补偿，根据拟合残差的值确定输出补偿量。

【技术特征摘要】
1.一种大量程硅微陀螺仪非线性数字补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选择硅微陀螺仪非线性数字补偿点，补偿点包括标度因数温度补偿点和输出补偿点，并建立标度因数温度补偿模型与标度因数温度补偿点的电路以及输出补偿模型与输出补偿点的电路，步骤2，对硅微陀螺仪进行全温实验，温度范围为-40℃～+60℃，并计算硅微陀螺仪分别在+60℃、+20℃、-40℃三个温度处的标度因数，以+60℃时的标度因数为基准，根据温度与频率、频率与标度因数的正比关系分段拟合并补偿标度因数，提高其温度稳定性；步骤3，在全温范围内对温度分段，在固定温度段内选择关键转速测量点测量对应输出，并拟合出转速与对应的输出的电压的直线，其斜率即为标度因数，将拟合直线的值与实际值做差计算关键转速测量点的拟合残差，按照拟合残差的值做转速分段，在最后输出位置利用AD模拟数字转换采集到输出的值估算转速的大概值，确定被测转速所在的转速段后进行输出补偿，根据拟合残差的值确定输出补偿量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述标度因数温度补偿模型包括数字补偿控制器模块和测试与补偿电路模块，标度因数温度补偿模型如下式所示： V a = - ( R 4 R 3 V r e f + R 4 R 2 V c - s f ) , ]]>其中，Va为补偿点处电压，Vref为参考电压，Vc-cf为数字补偿控制器模块控制的电压补偿量，R2、R3、R4为电阻的阻值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算电压补偿量Vc-cf： V c - s f = Δ n - h R 2 · V r e f R 3 ( f + 20 - f + 60 ) ( f - f + 60 ) ( f + 60 ≤ f ≤ f + 20 ) Δ n ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏生，余亿田，丁徐锴，邵安成，黄丽斌，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32