● 摘要
建立包括温度、湿度、压力、振动、恒加速度在内的多参数复合校准系统,对于提高惯性器件校准水平,准确评估惯性器件使用精度具有重要意义。恒加速度与振动复合输入是惯性器件的典型工作条件,也是是建立多参数复合校准系统的基础。论文围绕恒加速度与振动复合情况下的加速度计校准技术开展工作,针对加速度计静态模型结构辨识、加速度计振动特性相关参数测试、恒加速度与振动复合校准设备研究、复合加速度输入情况下的加速度计校准等关键技术,进行了以下几个方面的研究:
1. 研究了复合环境下加速度计静态模型结构辨识的问题,提出一种基于GMDH(Group Method of Data Handling)神经网络的加速度计静态模型辨识方法。复合环境下,现有的加速度计模型结构确定方法缺乏清晰的理论指导和量化评价。本论文提出使用基于自适应线性神经元的GMDH神经网络用于复合环境下的加速度计静态模型结构的辨识,为开展复合环境下的加速度计静态校准打下基础。通过实验表明,GMDH神经网络可有效辨识出加速度计的静态模型结构。
2. 研究了低频情况下加速度计横向灵敏度测试的问题,提出一种基于双离心机的加速度计横向灵敏度测试方案。现有横向灵敏度测试方法在低频段存在波形失真、振动幅度受限制和非理想振动等问题。本论文提出使用双离心机进行低频情况下的加速度计横向灵敏度校准。经过理论分析和实验测试证明,该方法可有效地进行低频段加速度计横向灵敏度的测试。该方法的不但避免了传统测试方法的局限,而且具有一个显著的优势,就是能够实现横向灵敏度方向角的高精度直接测量和不确定度评价。
3. 研究了加速度计整流误差测试的问题,提出基于多方向恒加速度与振动复合输入的整流误差测试方法。传统的整流误差在单方向、纯振动输入情况下开展,没有考虑到理想输入,不能够完全评估加速度计实际工作中振动干扰的影响。本论文提出使用多方向恒加速度与振动同时激励加速度计,实现整流误差测试,获得了复合加速度引起的整流误差与传统定义的整流误差有不同特性。
4. 研究了一种高 值恒加速度和中高频振动复合输出装置——离心-振动机,推导了离心-振动机输出加速度的一般模型。在该模型基础上,分析了科里奥利加速度影响,并对离心-振动机的输出加速度进行不确定度评价。然后分析了离心机与振动台的耦合影响,包括离心机因振动台引起的动不平衡问题,以及振动因离心力作用导致的输出特性变化问题。耦合影响分析表明,振动台受到离心机的影响非常明显,在设计和实验中必须考虑到离心机转速对振动台可用最低频率的限制。
5. 研究了复合输入情况下的加速度计校准问题,提出一种基于复合加速度整流误差的加速度计静态模型多点校准方案,并提出一种基于矩阵条件数的多点校准方案优化选择方法。从理论和实验两方面,证明了校准方案在离心-振动机上的可行性,也比较了不同条件数情况下的校准结果。实验结果表明,所提出的校准方案可有效辨识加速度计的静态模型参数。根据矩阵条件数选择校准方案在一定程度上可以优化校准结果,该方法可以推广应用到加速度计的多点校准领域当中。