基于MAPLESIM的离心机仿真试验研究

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陀螺加速度计可以通过自身对飞行器进行定位,不依赖于GPS或是其他第三方定位系统,而且其精度高,定位效果好,在军事作战中起到越来越重要的作用。对陀螺加速度计误差模型中各项系数的标定精度决定了陀螺加速度计的精度。在重力场下进行系数标定测试方法简单快捷,但受限于输入加速度仅在1g内变化,无法激励出二次项系数,而二次项系数对精度起到很关键的作用,目前对陀螺加速度计二次项系数的标定大都采用离心机,通过加快离心机的转速,产生高g值,来激励误差模型中的二次项。所以为提高陀螺加速度计的精度,在精密离心机上对陀螺加速度计进行的测试方法的研究尤为重要。目前离心机对陀螺加速度计进行标定的过程都是先进行理论分析,然后转化为数学模型,用Matlab或其他基于数学模型的软件仿真研究,再在实际中用离心机进行测试、记录实验数据,再通过计算得到误差模型中的二次项系数。整个过程耗时很长,而且受到很多实验条件的限制,比如在国内对离心机的研究起步较晚,从事离心机制作的单位和设备都相对较少,实际采用离心机进行测试成本较大。而为了节约时间和成本,采用Matlab/Simulink等基于数学模型的仿真软件进行研究时,其模型中各模块都是通过计算得到的数学模型进行仿真,不够形象直观,无法反映试验过程中的运动状态,也不能观察试验对象的运动规律,缺乏更为直接、真实、可信的试验场景模拟。这些对离心机的测试研究造成了很大困难。为解决上述存在的问题,通过多方研究调查和研究分析,本文在国内首次使用一款基于物理模型的符号运算仿真软件——MapleSim,对陀螺加速度计和离心机进行仿真试验技术研究。在传统仿真中信号是单项传输,忽略掉了各模型之间的相互耦合作用。MapleSim可以很好的解决以上不足,采用基于物理模型的搭建,更符合实际物体运动规律。并且MapleSim结合曲线和3-D仿真动画,可以直观的观察物体的运动规律,更有力于对系统的整体把握和分析。本文主要分三部分。首先通过MapleSim搭建陀螺仪模型,验证其三个基本特性在MapleSim中是真实存在的;在此基础上搭建陀螺加速度计模型,模拟重力场试验对其误差模型中常数项和一次项系数测试计算;最后将陀螺加表放在离心机上,测试并计算其二次项误差系数。通过以上三部分研究试验证明,使用MapleSim进行陀螺加速度计和离心机仿真试验是可行的,测量数据与实际数据基本相符,这为离心机的研究提供了新方法,具有重要的理论意义和实用价值。
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