Ако жироскопът е грешен
Аналогови устройства » ADIS16490
Иън Бийвърс, Analog Devices
Чувал съм, че грешката на жироскопа поради отклонение на параметрите може да се натрупа с течение на времето. Възможно ли е това и с моя инерционен измервателен уред?
MEMS грешката на жироскоп, измерващ ъгловата скорост, има няколко инерционни компонента, един от които е нестабилност на отклонението. Въпреки това, инерционното измервателно устройство (IMD) има редица предимства пред дискретните компоненти, осигурявайки по-високо ниво на неговата производителност. Шестте степени на свобода IMU се състоят от няколко инерционни MEMS сензора, термично компенсирани и калибрирани за подравняване на чувствителността по протежение на ортогоналните оси. Инерционният 3-осен жироскоп може да измерва ъгъла на въртене спрямо определена точка, докато 3-осният акселерометър измерва изместването. Комбинацията от показанията на сензора се извършва чрез последваща обработка с помощта на интегриран цифров сигнален процесор или микроконтролер.
Жироскопите са подложени на нестабилност на нулевото отместване, при което първоначалната нулева точка на жироскопа се измества с течение на времето поради интегрирането на присъщите му несъвършенства и шум. Стабилността на отклонението може да бъде калибрирана в известен температурен диапазон на MDI. Въпреки това, интегрирането на постоянна грешка на отместването води до ъглова грешка. Тази грешка ще се натрупа, тъй като скоростта на въртене или ъгълът на въртене на системата на жироскопа се оценяват за дълго време. Нежелана последица от дрейфа е непрекъснатото увеличаване на грешката на изчисления параметър на курса. Що се отнася до акселерометрите, те са чувствителни към вибрации и други негравитационни ускорения.
Дрейфът на жироскопа се дължи главно начрез интегриране на два компонента: бавно променяща се, почти постоянна променлива, наречена нестабилност при нулево изместване, и шумова променлива с по-висока честота, наречена ъглова случайна разходка (ARW). Тези параметри се измерват в ъгли на въртене за единица време. Най-чувствителен към дрейфа е ъгълът на отклонение. Значителна част от дрейфа на жироскопа в тангажа (надморската височина) и накланянето може да бъде елиминиран вътре в IMU с помощта на обратна връзка, която проследява позицията спрямо посоката на гравитационната сила. Друг широко използван метод за частично потискане на грешката на дрейфа е използването на нискочестотен филтър на Калман.
В идеалния случай са необходими два референтни параметъра за коригиране на отклонението на жироскопа във всички оси. IED с девет степени на свобода обикновено съдържат допълнителни сензори за магнитно поле, понякога и в трите оси. Магнитометърът измерва нивото на полето спрямо северния магнитен полюс на Земята. Заедно с акселерометъра, тези сензори могат да се използват като източник на друг външен референтен сигнал за смекчаване на ефекта от грешката на дрейфа на жироскопа върху оста на отклонение. Въпреки това подходът, базиран на пространствена корекция с помощта на магнитометри, може да даде по-малко надеждни резултати, тъй като има много обекти, които създават магнитно поле от същия порядък като Земята.
Друг от най-ефективните методи за неутрализиране на дългосрочното отклонение е актуализирането на ъгловата скорост в жироскопа. Всеки път, когато е надеждно известно, че устройството е в напълно неподвижно състояние, отместването на жироскопа се нулира в съответните оси. Възможността и ефективността на този метод зависи от конкретното приложение. Но във всекиКогато системата е в покой - когато колата работи на празен ход, когато автономен робот спира или в интервалите между стъпките на ходещ човек - това време може да се използва за нулиране на жироскопа.
 | |
| Снимка 1. | Отклонение на Allan за жироскоп ADIS16490. |
Разбира се, използването на най-съвременни IED с минимална конструктивна нестабилност на нулевото отместване в началния момент може да има най-пряко въздействие върху дрейфа на жироскопа. Грешката на постоянното отместване на жироскопа може да бъде измерена чрез осредняване на измерванията за дълъг период от време, докато устройството не се върти. Зависимостта на дрейфа на IM за един час от времето на интегриране t се характеризира с отклонението на Алън. Това обикновено се прави с помощта на логаритмични диаграми по скалата на x и y. Най-новото допълнение на Analog Devices към портфолиото му от високопроизводителни IED с тактически клас е ADIS16490, който има нестабилност на дрейфа от само 1,8° на час. Това е отразено в диаграмата на отклонение на Алън, показана на фигура 1, където грешката от 1,8° е в точката, съответстваща на един час (3600 секунди).
Свързани материали
Превод: AlexAAN по поръчка на RadioPilot