陀螺儀和加速度計(jì)是IMU的主要部件，其精度直接影響慣性系統(tǒng)的精度。在實(shí)際工作中，由于各種不可避免的干擾因素，陀螺儀和加速度計(jì)會(huì)產(chǎn)生誤差。從初始對(duì)準(zhǔn)開始，其導(dǎo)航誤差隨著時(shí)間的推移而增大，尤其是位置誤差，這是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。因此，有必要利用外部信息實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航，從而有效減少誤差隨時(shí)間積累的問題。為了提高可靠性，每個(gè)軸可以配備更多的傳感器。一般來說，IMU應(yīng)安裝在被測(cè)物體的重心上。

一般來說，一個(gè)IMU包括三個(gè)單軸加速度計(jì)和三個(gè)單軸陀螺儀。加速度計(jì)檢測(cè)物體在載體坐標(biāo)系中獨(dú)立三軸的加速度信號(hào)，陀螺儀檢測(cè)載體相對(duì)于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號(hào)，測(cè)量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此計(jì)算物體的姿態(tài)。它在航海中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

IMU主要用于需要運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)備，如汽車和機(jī)器人。它也用于需要精確的姿態(tài)位移估計(jì)的場合，如潛艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈和航天器的慣性導(dǎo)航設(shè)備。

高精度穩(wěn)定控制MEMS IMU

總結(jié)

采用三軸地磁解耦和三軸加速度計(jì)，受外力加速度影響較大。在運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)環(huán)境下，輸出方向角誤差較大。這種磁場傳感器有缺點(diǎn)。它的絕對(duì)參考點(diǎn)是地磁場的磁力線。地磁的特點(diǎn)是用途廣泛，但強(qiáng)度較低，約為高斯的十分之一，很容易受到其他磁體的干擾。如果結(jié)合z軸陀螺儀的瞬時(shí)角度，可以使系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。加速度是按重力方向測(cè)量的。在沒有外力加速度的情況下，能準(zhǔn)確輸出滾/俯仰兩軸姿態(tài)角，且該角度不會(huì)有累積誤差，在較長的時(shí)間尺度下是準(zhǔn)確的。但是，加速度傳感器在測(cè)量角度方面的缺點(diǎn)是，加速度傳感器實(shí)際上是采用MEMS技術(shù)來檢測(cè)慣性力引起的微小變形，而慣性力在本質(zhì)上與重力相同，因此加速度傳感器不會(huì)區(qū)分重力加速度和外力加速度。當(dāng)系統(tǒng)在三維空間中變速時(shí)，其輸出是不正確的。

陀螺儀的輸出角速度是一個(gè)瞬時(shí)量，不能直接用于姿態(tài)平衡。計(jì)算角度需要角速度和時(shí)間積分。將得到的角度變化量與初始角度相加，得到目標(biāo)角度。積分時(shí)間DT越小，輸出角度越精確。但是陀螺儀的工作原理決定了它的測(cè)量基準(zhǔn)是自身，在系統(tǒng)之外沒有絕對(duì)的參考。另外，DT不能無限小，所以積分的累積誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移迅速增大，導(dǎo)致輸出角度與實(shí)際不一致，所以陀螺儀只能在較短的時(shí)間尺度內(nèi)工作。

因此，在沒有其他參考的基礎(chǔ)上，為了獲得更真實(shí)的姿態(tài)角，我們應(yīng)該利用加權(quán)算法揚(yáng)長避短，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，摒棄各自的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種算法，在短時(shí)間尺度上增加陀螺儀的權(quán)重，在較長時(shí)間尺度上增加速度權(quán)重，使系統(tǒng)輸出角度接近真實(shí)值。

IMU工作原理

IMU是一種捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)由三個(gè)加速度傳感器和三個(gè)角速度傳感器(陀螺儀)組成。加速度計(jì)用于感知飛行器相對(duì)于地面垂直線的加速度分量，速度傳感器用于感知飛行器的角度信息。該子器件主要由兩個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器ad7716b和64K e/eprom存儲(chǔ)器X25650組成。a/d轉(zhuǎn)換器利用IMU各傳感器的模擬變量，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，經(jīng)CPU計(jì)算后輸出飛機(jī)俯仰角、傾斜角和側(cè)滑角。e/eprom存儲(chǔ)器主要存儲(chǔ)各IMU傳感器的線性曲線圖和各IMU傳感器的零件號(hào)和序列號(hào)。當(dāng)零件剛啟動(dòng)時(shí)，圖像處理單元讀取e/eprom中的線性曲線參數(shù)，為后續(xù)角度計(jì)算提供初始信息。艾瑞科提供FOG IMU和MEMS IMU解決方案，如果您感興趣，請(qǐng)隨時(shí)與我們聯(lián)系。

審核編輯：湯梓紅