[发明专利]一种大量程角速度传感器的角速度测量方法

说明书

本发明公开了一种大量程角速度传感器的角速度测量方法，包括以下步骤：首先在角速度传感器平面内，以120°等间隔扇形分布三个单轴加速度计，三个加速度计的敏感轴均指向角速度传感器的几何中心，其次在已知三个加速度计到角速度传感器几何中心距离的前提下，构建角速度传感器的线加速度、绕过角速度传感器几何中心且垂直于角速度传感器的旋转敏感轴的角速度与角速度传感器中三个加速度计输出之间的数学关系，并以此为基础进行角速度解算，然后考虑到安装时，角速度传感器的旋转敏感轴和被测载体的旋转轴之间可能存在安装误差，建立安装误差下的角速度解算方法。本发明解决了自由载体在在高速旋转时的角速度测量问题。

技术领域

本发明属于测控技术领域，特别涉及一种大量程角速度传感器的角速度测量方法。

背景技术

旋转载体的角速度测量对于载体的动态估计、姿态解算等均具有重要意义。目前常用的角速度测量方法分为两种，分别是基于编码器测量和基于惯性器件测量。其中，基于编码器的测量方法根据测量原理不同又可分为光电式、霍尔式等，其优点在于测量精度高，稳定性好。但由于此种测量方法需要分别将编码器的旋转端和非旋转端进行固定和安装，依赖于一定的机械结构，因此该方法的使用受到诸多限制，无法在自由旋转载体上进行应用。相比较于基于编码器的角速度测量方法，基于惯性器件的测量方法无需任何机械支撑结构，因此使用更加灵活，特别是在MEMS技术日趋成熟以后，MEMS惯性器件以其体积小、重量轻等优点，逐渐成为自由载体角速度测量的主要选择。但是，受限于陀螺仪的量程(通常小于±2000°/s)，该方法对于高速旋转的载体，如高速行驶的汽车车轮等并不适用。

发明内容

发明目的：针对现有技术的问题，提供一种通过合理设计加速度计的分布方式和角速度解算方法，克服了现有基于惯性器件的角速度测量方法中陀螺仪量程过低问题的大量程角速度传感器的角速度测量方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种大量程角速度传感器的角速度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在角速度传感器平面内，以120°等间隔扇形分布三个单轴加速度计，三个加速度计的敏感轴均指向角速度传感器的几何中心；

(2)构建角速度传感器的线加速度、绕过角速度传感器的旋转敏感轴的角速度与角速度传感器中三个加速度计输出之间的数学关系；

(3)解算角速度；

(4)建立安装误差下的角速度解算方法。

进一步的，所述步骤(2)中构建角速度传感器的线加速度、绕过角速度传感器的旋转敏感轴的角速度与角速度传感器中三个加速度计输出之间的数学关系，其具体步骤如下：

其中α₁、α₂、α₃为角速度传感器中三个加速度计的输出加速度，α₁为一号加速度计的输出加速度，α₂为二号加速度计的输出加速度，α₃为三号加速度计的输出加速度；ω为角速度传感器的旋转角速度；r为加速度计到角速度传感器的旋转敏感轴的距离；a为角速度传感器的线加速度包括重力加速度在内，在角速度传感器平面内的投影；θ为a与一号加速度计敏感轴的夹角；

在任意时刻，角速度传感器绕其旋转敏感轴的旋转角速度ω满足如下数学关系：

进一步的，所述步骤(4)中建立安装误差下的角速度解算方法的步骤为：

(4.1)当角速度传感器的旋转敏感轴与被测载体的旋转轴不重合时，计算角速度传感器中的三个加速度计到载体旋转轴的实际距离；

(4.2)构建角速度传感器的三个加速度计的输出与三个加速度计到被测载体旋转轴的距离的数学关系，并根据该数学关系计算载体的旋转角速度。