一种惯性器件的温度误差补偿方法

摘要

一种惯性器件的温度误差补偿新方法，是指对惯性器件输出电压及供电电压同时进行AD采样，利用两者采样值的比值进行陀螺的角速率信息(或加速度计的加速度信息)解算；再建立角速率信息(或加速度信息)的温度误差模型并进行补偿。该方法可消除惯性器件供电电压及AD转换电路参考电压的温度漂移对器件输出精度的影响，可大大简化惯性器件的温度误差模型，提高器件的温度误差补偿精度。

主权项

1.一种惯性器件的温度误差补偿方法，特征在于其实现步骤如下：第一步，对惯性器件的输出电压及供电电压V_cc同时进行AD采样，其中，陀螺的输出电压及加速度计的输出电压经AD采样后的数字量D_g及D_a可表示为：$\left\{\begin{array}{c}{D}_g=\frac{\frac{1}{2}{V}_{\mathrm{cc}}+k_1{V}_{\mathrm{cc}}\omega }{V_{\mathrm{ref}}}{k}_2=(\frac{1}{2}+k_1\omega )k_2\frac{V_{\mathrm{cc}}}{V_{\mathrm{ref}}}\\ D_a=\frac{\frac{1}{2}{V}_{\mathrm{cc}}+k_3{V}_{\mathrm{cc}}a}{V_{\mathrm{ref}}}{k}_2=(\frac{1}{2}+k_{3}a)k_2\frac{V_{\mathrm{cc}}}{V_{\mathrm{ref}}}\end{array}\right.---\left(1\right)$ω表示角速度，a表示加速度，k₁表示陀螺刻度系数，k₃表示加速度计的刻度系数；对惯性器件供电电压V_cc进行AD采样，得到的采样值为：$D_{V_{\mathrm{cc}}}=\frac{V_{\mathrm{cc}}}{V_{\mathrm{ref}}}\times k_2---\left(2\right)$V_ref为AD采样电路的参考电压，k₂为AD采样电路的比例系数；第二步，将陀螺输出信号的采样值D_g、加速度计输出信号的采样值D_a与供电电压的采样值相比，求得陀螺的角速度ω及加速度计的加速度a的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}\frac{D_g}{D_{V_{\mathrm{cc}}}}=\frac{1}{2}+k_1\omega \\ \frac{D_a}{D_{V_{\mathrm{cc}}}}=\frac{1}{2}+k_{3}a\end{array}\right.---\left(3\right)$当外界温度变化时，惯性器件的供电电压由V_cc变为V_cc′，AD采样电路的参考电压由V_ref变为V_ref′，此时惯性器件的输出电压及供电电压的AD采样值为：$\left\{\begin{array}{c}{D_g}^{\prime }=(\frac{1}{2}+k_1\omega )k_2\frac{{V_{\mathrm{cc}}}^{\prime }}{{V_{\mathrm{ref}}}^{\prime }}\\ {D_a}^{\prime }=(\frac{1}{2}+k_{3}a)k_2\frac{{V_{\mathrm{cc}}}^{\prime }}{{V_{\mathrm{ref}}}^{\prime }}\end{array}\right.---\left(4\right)$${D_{V_{\mathrm{cc}}}}^{\prime }=\frac{{V_{\mathrm{cc}}}^{\prime }}{{V_{\mathrm{ref}}}^{\prime }}{k}_2---\left(5\right)$将(4)式和(5)式相比得：$\left\{\begin{array}{c}\frac{{D_g}^{\prime }}{{D_{V_{\mathrm{cc}}}}^{\prime }}=\frac{1}{2}+k_1\omega \\ \frac{{D_a}^{\prime }}{{D_{V_{\mathrm{cc}}}}^{\prime }}=\frac{1}{2}+k_{3}a\end{array}\right.---\left(6\right)$对比式(3)及式(6)得，$D_g/D_{V_{\mathrm{cc}}}={D_g}^{\prime }/{D_{V_{\mathrm{cc}}}}^{\prime },$$D_a/D_{V_{\mathrm{cc}}}={D_a}^{\prime }/{D_{V_{\mathrm{cc}}}}^{\prime },$利用D_g与的比值计算得到的ω值不随V_cc及V_ref变化；利用D_a与的比值计算得到的加速度a值不随V_cc及V_ref变化；第三步，根据第二步计算得到的角速度ω中包含陀螺自身的温度误差Δω(T)，建立温度误差Δω(T)与温度T之间的模型如式(7)所示，并用该如式(7)的模型对陀螺的输出信号进行温度误差补偿：Δω(T)＝fT²+bT+cΔT+d             (7)上式(7)中，T为温度，ΔT为温度梯度，f，b，c，d分别为陀螺温度误差模型参数；该陀螺温度误差模型参数可以通过最小二乘拟合的方法得到，具体计算公式为：$\left[\begin{array}{c}f\\ b\\ c\\ d\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cccc}{T}_1^2& T_1& \Delta T_1& 1\\ T_2^2& T_2& \Delta T_2& 1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ T_n^2& T_n& \Delta T_n& 1\end{array}\right]}^{-}\times \left[\begin{array}{c}\Delta {\omega }_1\left(T\right)\\ \Delta {\omega }_2\left(T\right)\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Delta \omega }}_n\left(T\right)\end{array}\right]---\left(8\right)$上式(8)中，T_i(i＝1，2…n)表示第i时刻温度的采样值，ΔT_i(i＝1，2…n)表示第i时刻温度梯度的采样值，Δω_i(T)(i＝1，2…n)表示第i时刻陀螺温度误差计算值，可由式(6)计算得到，n表示采样点的个数；根据第二步计算得到的加速度a中包含加速度计自身的温度误差Δa(T)，建立温度误差Δa(T)与温度T之间的模型如式(9)所示，并用该如式(9)的模型对加速度计的输出信号进行温度误差补偿：Δa(T)＝a′T²+b′T+c′ΔT+d′     (9)上式(9)中，T为温度，ΔT为温度梯度，a′，b′，c′，d′分别为加速度计温度误差模型参数；该加速度计温度误差模型参数可以通过最小二乘拟合的方法得到，具体计算公式为：$\left[\begin{array}{c}{a}^{\prime }\\ b^{\prime }\\ c^{\prime }\\ d^{\prime }\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cccc}{T}_1^2& T_1& \Delta T_1& 1\\ T_2^2& T_2& \Delta T_2& 1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ T_n^2& T_n& \Delta T_n& 1\end{array}\right]}^{-}\times \left[\begin{array}{c}\Delta a_1\left(T\right)\\ \Delta a_2\left(T\right)\\ .\\ .\\ .\\ \Delta a_n\left(T\right)\end{array}\right]---\left(10\right)$上式(10)中，T_i(i＝1，2…n)表示第i时刻温度的采样值，ΔT_i(i＝1，2…n)表示第i时刻温度梯度的采样值，Δa_i(T)(i＝1，2…n)表示第i时刻加速度计温度误差计算值，可由式(6)计算得到，n表示采样点的个数；第四步，利用第三步所建的温度误差模型，对完成电路漂移补偿后的惯性器件的输出信号进行温度误差补偿。