本發(fā)明涉及精密測試設(shè)備測試方法領(lǐng)域，特別是涉及一種基于動不平衡補(bǔ)償?shù)募铀俣扔嫸雾椣禂?shù)精確標(biāo)定方法，主要應(yīng)用于加速度計的高精度校準(zhǔn)，尤其適用于消除商用精密離心機(jī)在加速度計動態(tài)標(biāo)定過程中因動不平衡產(chǎn)生的誤差。

背景技術(shù)：

1、加速度計是一種用于測量加速度的傳感器，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車電子、精密儀器、移動設(shè)備等多個領(lǐng)域。作為慣性測量單元中的核心部件，其測量精度直接影響系統(tǒng)的整體性能，尤其是在高精度慣性導(dǎo)航、自動駕駛、工業(yè)控制等對動態(tài)測量有較高要求的場景下，如何準(zhǔn)確標(biāo)定加速度計的參數(shù)顯得尤為重要。

2、目前，加速度計的標(biāo)定方法主要包括靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定。在靜態(tài)標(biāo)定中，通常通過恒定加速度條件下測量輸出進(jìn)行校準(zhǔn)；而在動態(tài)標(biāo)定中，則依賴于旋轉(zhuǎn)或振動條件下的測量結(jié)果。然而，商用精密離心機(jī)作為常用的加速度計動態(tài)標(biāo)定設(shè)備，存在顯著的局限性。精密離心機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)過程中，由于制造、裝配和運行中的輕微誤差，往往會產(chǎn)生動不平衡現(xiàn)象。這種不平衡現(xiàn)象導(dǎo)致精密離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心偏離理想軸線，引發(fā)附加的離心力，從而對被測加速度計的測量結(jié)果造成誤差，尤其是對高階誤差項(如二次項系數(shù))的影響尤為明顯。

3、動不平衡引起的誤差隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而加劇。在高轉(zhuǎn)速下，動不平衡不僅會導(dǎo)致加速度計測量誤差增大，還會加速設(shè)備的磨損，影響設(shè)備的使用壽命。為了提高加速度計的標(biāo)定精度，必須有效地補(bǔ)償動不平衡誤差。然而，現(xiàn)有技術(shù)主要依賴于改進(jìn)硬件設(shè)計、增強(qiáng)精密離心機(jī)的平衡性或采用多次校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)修正的方式來減小誤差，這些方法不僅成本高，操作復(fù)雜，還難以適應(yīng)大規(guī)模、自動化的校準(zhǔn)需求。

4、此外，傳統(tǒng)加速度計標(biāo)定方法往往在校準(zhǔn)過程中忽略了對實時誤差的補(bǔ)償，尤其是在動態(tài)標(biāo)定中，無法有效應(yīng)對由于精密離心機(jī)動不平衡帶來的誤差累積。這使得現(xiàn)有的動態(tài)標(biāo)定方法難以在保證高精度的同時，實現(xiàn)對加速度計二次項系數(shù)等高階誤差項的有效校準(zhǔn)。

5、基于上述問題，本發(fā)明提出了一種基于動不平衡補(bǔ)償?shù)募铀俣扔嫸雾椣禂?shù)精確標(biāo)定方法，通過對精密離心機(jī)動不平衡誤差進(jìn)行實時補(bǔ)償，能夠顯著降低加速度計標(biāo)定過程中的誤差，特別是針對二次項系數(shù)的精確校準(zhǔn)，具有極大的技術(shù)優(yōu)勢。本發(fā)明利用對稱安裝的參考加速度計構(gòu)建誤差模型，并通過輪詢調(diào)度法標(biāo)定參考加速度計的二次項系數(shù)，結(jié)合最小二乘法對誤差參數(shù)矩陣各項進(jìn)行辨識，從而實現(xiàn)對動不平衡誤差的實時補(bǔ)償。相較于傳統(tǒng)方法，本發(fā)明不僅操作簡便、易于實現(xiàn)，還可通過微型計算機(jī)進(jìn)行控制，極大地提高了標(biāo)定的自動化程度和精度，并降低了校準(zhǔn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于動不平衡補(bǔ)償?shù)募铀俣扔嫸雾椣禂?shù)精確標(biāo)定方法，包括如下步驟：

2、s1、確定精密離心機(jī)和加速度計的各項參數(shù)。

3、s2、精密離心機(jī)上對稱安裝兩只參考加速度計。

4、s3、建立參考和測試加速度計的誤差模型。

5、s4、構(gòu)思最小二乘法的設(shè)計矩陣來辨識待識別參數(shù)。

6、s5、輪詢調(diào)度法標(biāo)定兩只參考加速度計的二次項系數(shù)。

7、s6、實時標(biāo)定動不平衡導(dǎo)致的附加動態(tài)半徑系數(shù)。

8、s7、精確標(biāo)定的測試加速度計的二次項系數(shù)。

9、進(jìn)一步的，步驟s1具體包括：

10、s11、精密離心機(jī)的靜態(tài)半徑rt；參考加速度計靜態(tài)半徑rr＝rt/3；每只加速度計的標(biāo)度因子k1a、k1b、k1t；每只加速度計的零偏k0a、k0b、k0t；選取大于或等于4組的角速率點ωi；重力加速度g等。

11、進(jìn)一步的，步驟s2具體包括：

12、s21、在精密離心機(jī)轉(zhuǎn)臂中心rt/3處對稱安裝兩只參考加速度計，其作為補(bǔ)償精密離心機(jī)動不平衡實驗的基準(zhǔn)器件，安裝示意圖詳見附圖2。

13、進(jìn)一步的，步驟s3具體包括：

14、s31、設(shè)精密離心機(jī)臂旋轉(zhuǎn)時，動不平衡導(dǎo)致的附加動態(tài)半徑誤差為cω2，若只考慮動不平衡導(dǎo)致的誤差項，精密離心機(jī)的動態(tài)半徑為r＝rt+cω2。

15、設(shè)兩只參考加速度計輸出為va和vb，則兩只參考加速度計誤差模型為：

16、

17、

18、測試加速度計誤差模型為：

19、

20、由于動不平衡的方向性，和測試加速度計一側(cè)的參考加速度計c的符號需要保持一致。

21、步驟s4具體包括：

22、s41、設(shè)置大于或等于4組的角速率點ω1…ωn，通過加速度計誤差模型可得最小二乘設(shè)計矩陣為：

23、

24、步驟s5具體包括：

25、s51、根據(jù)安裝示意圖附圖2，假設(shè)每只加速度計的標(biāo)度因子不變，第1次標(biāo)定選擇ω＝0，旋轉(zhuǎn)四個位置得到va表得輸出va1、va2、va3、va4；vb表得輸出vb1、vb2、vb3、vb4，計算得四個位置va表、vb表的平均值為：

26、

27、

28、s52、再選擇多個主軸旋轉(zhuǎn)速率ωi，按照精密離心機(jī)旋轉(zhuǎn)整周并記錄加速度計輸出平均值，得到：

29、

30、

31、通過以上動靜結(jié)合法可以得到參考加速度計va、vb的準(zhǔn)確初始輸出值為：

32、

33、

34、s53、然后再對兩只參考加速度計進(jìn)行輪換位置并對稱安裝表示為va'、vb'，示意圖詳見附圖3，同理，選擇ω＝0，旋轉(zhuǎn)四個位置得到va'表的輸出va1'、va2'、va3'、va4'；vb'表的輸出vb1'、vb2'、vb3'、vb4'，計算得四個位置va'表、vb'表的平均值為：

35、

36、

37、選擇多個主軸旋轉(zhuǎn)速率ωi，輪換位置后的參考加速度計va'、vb'輸出表示為：

38、

39、

40、同理，根據(jù)動靜結(jié)合法，可以得到輪換后的參考加速度計va'、vb'準(zhǔn)確的初始輸出值為記作為va'(ωi)-va'(0)、vb'(ωi)-vb'(0)。

41、s54、選擇多個主軸旋轉(zhuǎn)速率ωi的參考加速度計va、vb的初始輸出值可以寫成矩陣形式為：

42、

43、

44、參考加速度計輪換位置對稱安裝后，v'a、v'b的初始輸出值寫成矩陣形式為：

45、

46、

47、s55、從而根據(jù)設(shè)計矩陣φ，使用最小二乘估計可得待辨識參數(shù)的估計值。最小二乘估計簡可以寫成矩陣形式為u＝φk+εp，待辨識的參數(shù)矩陣最小二乘估計為k＝(φtφ)-1φtu。其中k為待辨識參數(shù)矩陣；u為加速度計精密離心機(jī)測試的輸出值矩陣，εp為隨機(jī)誤差向量。根據(jù)選取的多個主軸旋轉(zhuǎn)速率得到的參考加速度計輪換前后的初始輸出值va(ωi)-va(0)、vb(ωi)-vb(0)、va'(ωi)-va'(0)、vb'(ωi)-vb'(0)，可得到具體的誤差參數(shù)矩陣第三行誤差參數(shù)的辨識值m1、m2、m3、m4，表示為：

48、

49、進(jìn)而可以得到精確的兩只參考加速度計的二次項系數(shù)辨識值為：

50、

51、步驟s6具體包括：

52、s61、采用輪詢調(diào)度法標(biāo)定參考加速度計的二次項系數(shù)后，根據(jù)不同的負(fù)載，參考加速度計測量的二次項系數(shù)是不會變化的，而附加動態(tài)半徑系數(shù)c將隨負(fù)載變化而變化，假設(shè)在標(biāo)定被測加速度計時兩參考加速度計按附圖3的方式安裝，則根據(jù)以上矩陣形式，動不平衡引起半徑伸長的系數(shù)變?yōu)閏'，可得到誤差參數(shù)矩陣第三行誤差參數(shù)m5、m6的辨識值，表示為：

53、

54、如果還按上述選取的多個速率點ωi測試，則新負(fù)載的動態(tài)半徑系數(shù)c'為：

55、

56、步驟s7包括：

57、s71、根據(jù)測試加速度計的輸入輸出模型。

58、

59、采用最小二乘法可以估計出測試加速度計誤差參數(shù)矩陣第三行誤差參數(shù)m7的值，表示為：

60、

61、s72、根據(jù)辨識值m7和附加動態(tài)半徑系數(shù)c'，得到精確的測試加速度計的二次項系數(shù)為：

62、

63、如上所述，本發(fā)明提供的基于動不平衡補(bǔ)償?shù)募铀俣扔嫸雾椣禂?shù)精確標(biāo)定方法，有益效果在于：

64、1、本技術(shù)采用了采用輪詢調(diào)度法在不同轉(zhuǎn)速和位置下對兩只參考加速度計進(jìn)行標(biāo)定測試，通過最小二乘法精確辨識出參考加速度計的二次項系數(shù)。完成兩個參考加速度計的輪詢調(diào)度法標(biāo)定的二次項系數(shù)后，以此為橋梁，每次標(biāo)定被測加速度計時，可標(biāo)定不平衡導(dǎo)致的動態(tài)半徑系數(shù)c'，并補(bǔ)償?shù)奖粶y加速度計中。

65、2、本技術(shù)采用了通過輪詢調(diào)度法對參考加速度計和附加動態(tài)半徑系數(shù)的精確標(biāo)定，c'標(biāo)定精度至少達(dá)到10-8ms2，最后補(bǔ)償動不平衡后，動不平衡測試表明對二次項系數(shù)k2t標(biāo)定精度至少達(dá)到10-7g/g2量級。