一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法及系统，涉及半球谐振陀螺装配误差检测技术领域，获取球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态下谐振子与电极基座之间的电容为当前电容；将当前电容输入到装配位姿误差识别模型中，得到球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态的装配位姿误差；装配位姿误差识别模型是根据球面电极式半球谐振陀螺多个误差装配状态下的电容和装配位姿误差，对支持向量机回归模型进行训练得到的。支持向量机基于结构风险最小化原则，泛化能力强，具有全局最优性，更适用于小样本统计，本发明专利技术通过构建装配位姿误差识别模型确定球面电极式半球谐振陀螺的装配位姿误差，进而提高球面电极式半球谐振陀螺的装配精度。螺的装配精度。螺的装配精度。

【技术实现步骤摘要】
一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法及系统


[0001]本专利技术涉及半球谐振陀螺装配误差检测
，特别是涉及一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法及系统。

技术介绍

[0002]半球谐振陀螺是一种测量角速度的惯性传感器，通过在电极上施加电压产生静电力驱动半球谐振子振动，根据电极基座上电极的电容变化监测谐振子的振动情况，进而得出整个陀螺旋转角度。与传统陀螺仪(光纤陀螺仪和激光陀螺仪等)相比，半球谐振陀螺具有测量精度高、尺寸小、功耗低、可靠性高、测量范围大，以及相对准备时间短等优点，在航空、航天、船舶等导航领域有着广阔的应用。半球谐振陀螺主要结构为谐振子和电极基座。在半球谐振陀螺装配过程中要保证谐振子的支撑杆与电极基座中心孔的轴线重合。谐振子相对电极基座在装配过程中产生的偏心和倾斜是两轴线不重合的原因。谐振子和电极基座的装配质量直接影响半球谐振陀螺的关键参数(比如零漂和随机游走)，进而影响半球谐振陀螺的工作精度。因此，在半球谐振陀螺仪的生产制造过程中，半球谐振陀螺仪的装配工艺与技术对其整体性能和稳定性起着至关重要的作用。
[0003]孙一为等学者专利技术了平板电极式半球谐振陀螺静态安装误差及参数辨识方法、存储介质及设备，通过对平板电极中各检测及激励电极的静态电容值进行测量，并基于平板电极电容模型得到近似解析表达式，然后通过数值估计的方式得到平板电极式半球谐振陀螺的静态安装误差及参数。但该平板电极电容模型没有考虑谐振子和电极基座分别在X轴和Y轴方向的径向位置偏差。赵小明等学者专利技术了平面电极结构半球谐振陀螺精密装配装置及方法，通过共聚焦传感器调整谐振子与电极基座之间的俯仰和翻滚偏差，利于差分式电容检测装置调整振子与电极基座分别在X轴和Y轴方向的径向位置偏差。解决平面电极结构半球谐振陀螺谐振子与基座电极间隙及径向位置偏差的精确测量与调整难题，提高陀螺表头一致性进而提高陀螺性能。然而该专利技术在调整谐振子与电极基座之间的俯仰和翻滚偏差时需要反复调整石英基座和半球谐振子的相对位置，装配效率较低。Yu(蔚)等学者提出了基于球面电极构型的半球谐振陀螺电容均匀性的位姿误差辨识方法，通过BP神经网络建立了电容和位姿误差之间的映射关系，很好的辨识出谐振子的位姿误差。但是该方法没有给出电容具体求解区域，无法求出不同装配位姿误差下的电容，因此电容和位姿误差的映射关系误差较大，进而影响了位姿误差辨识。此外，BP神经网络以经验风险最小化为优化目标，易陷入局部最优，训练结果不定，一般需要大量样本。当数据不充分的时候，神经网络就无法进行工作，由于球面电极式半球谐振陀螺的谐振子和读出基座之间的相对位姿严重影响两球面之间间隙的均匀度进而影响工作精度，使用现有技术中对半球谐振陀螺安装误差辨识均是基于研究平板电极式半球谐振陀螺，在球面电极式半球谐振陀螺的安装误差及装配方法研究较少。球面电极式半球谐振陀螺的谐振子与电极基座之间的间隙为0.1mm，且谐振子和基座均为球面，两球面之间间隙为0.1mm，间隙一致性要求较高，无法采用传统的接触式测量方式进行测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法及系统，能够确定球面电极式半球谐振陀螺的装配位姿误差，当装配位姿误差确定后，利用高精度位移台对当前谐振子位姿进行调整，进而提高球面电极式半球谐振陀螺的装配精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法，包括：
[0007]获取球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态下谐振子与电极基座之间的电容为当前电容；
[0008]将所述当前电容输入到装配位姿误差识别模型中，得到球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态的装配位姿误差；所述装配位姿误差识别模型是根据球面电极式半球谐振陀螺多个误差装配状态下的电容和装配位姿误差，对支持向量机回归模型进行训练得到的。
[0009]可选的，在所述获取球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态下谐振子与电极基座之间的电容为当前电容之前，还包括：
[0010]构建训练集；所述训练集包括球面电极式半球谐振陀螺多个误差装配状态下的电容和装配位姿误差；
[0011]以多个误差装配状态下的电容为输入，以多个误差装配状态下的装配位姿误差为输出，对支持向量机回归模型进行训练，得到装配位姿误差识别模型。
[0012]可选的，所述构建训练集，包括：
[0013]构建球面电极式半球谐振陀螺在标准状态下的空间方程；所述空间方程包括谐振子空间方程和电极基座空间方程；
[0014]对标准状态下球面电极式半球谐振陀螺中谐振子进行平移和旋转，得到多个误差状态；
[0015]确定每个误差状态下的平移尺度和旋转尺度为对应误差状态的装配位姿误差；
[0016]分别构建球面电极式半球谐振陀螺在多个误差状态下的空间方程；
[0017]根据多个误差状态下的空间方程计算每个误差状态下谐振子与电极基座之间的电容。
[0018]可选的，球面电极式半球谐振陀螺在标准状态下的谐振子空间方程为：x2+y2+(z+R)2＝R2；
[0019]球面电极式半球谐振陀螺在标准状态下的电极基座空间方程为：x2+y2+(z+R)2＝r2；
[0020]球面电极式半球谐振陀螺在误差状态下的谐振子空间方程为：(x
‑
x
′
)2+(y
‑
y
′
)2+(z
‑
z
′
)2＝R2；
[0021]其中，(x，y,z)为基座半球壳球心坐标；R为谐振子半球壳半径；r为基座半球壳半径；(x
′
，y
′
,z
′
)为误差状态下谐振子半球壳球心坐标。
[0022]可选的，所述根据多个误差状态下的空间方程计算每个误差状态下谐振子与电极基座之间的电容，包括：
[0023]确定任一误差状态为当前误差状态；
[0024]根据当前误差状态下的空间方程，利用公式
确定谐振子与电极基座镀层之间的正对面积；
[0025]根据所述正对面积，利用公式确定当前误差状态下谐振子与电极基座之间的电容；
[0026]其中，S表示正对面积，Dxy为电极域在xoy平面上的投影，C为电容、S为电极片的面积，ε为空间介电常数；z
′
x
表示电极基座空间方程对x求偏导数，z
′
y
表示电极基座空间方程对y求偏导数。
[0027]一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定系统，包括：
[0028]当前电容获取模块，用于获取球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态下谐振子与电极基座之间的电容为当前电容；
[0029]装配位姿误差确定模块，用于将所述当前电容输入到装配位姿误差识别模型中，得到球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态的装配位姿误差；所述装配位姿误差识别模型是根据球面电极式半球谐振陀螺多个误差装配状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法，其特征在于，包括：获取球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态下谐振子与电极基座之间的电容为当前电容；将所述当前电容输入到装配位姿误差识别模型中，得到球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态的装配位姿误差；所述装配位姿误差识别模型是根据球面电极式半球谐振陀螺多个误差装配状态下的电容和装配位姿误差，对支持向量机回归模型进行训练得到的。2.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法，其特征在于，在所述获取球面电极式半球谐振陀螺当前装配状态下谐振子与电极基座之间的电容为当前电容之前，还包括：构建训练集；所述训练集包括球面电极式半球谐振陀螺多个误差装配状态下的电容和装配位姿误差；以多个误差装配状态下的电容为输入，以多个误差装配状态下的装配位姿误差为输出，对支持向量机回归模型进行训练，得到装配位姿误差识别模型。3.根据权利要求2所述的一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法，其特征在于，所述构建训练集，包括：构建球面电极式半球谐振陀螺在标准状态下的空间方程；所述空间方程包括谐振子空间方程和电极基座空间方程；对标准状态下球面电极式半球谐振陀螺中谐振子进行平移和旋转，得到多个误差状态；确定每个误差状态下的平移尺度和旋转尺度为对应误差状态的装配位姿误差；分别构建球面电极式半球谐振陀螺在多个误差状态下的空间方程；根据多个误差状态下的空间方程计算每个误差状态下谐振子与电极基座之间的电容。4.根据权利要求3所述的一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法，其特征在于，球面电极式半球谐振陀螺在标准状态下的谐振子空间方程为：x2+y2+(z+R)2＝R2；球面电极式半球谐振陀螺在标准状态下的电极基座空间方程为：x2+y2+(z+R)2＝r2；球面电极式半球谐振陀螺在误差状态下的谐振子空间方程为：(x
‑
x
′
)2+(y
‑
y
′
)2+(z
‑
z
′
)2＝R2；其中，(x，y,z)为基座半球壳球心坐标；R为谐振子半球壳半径；r为基座半球壳半径；(x
′
，y
′
,z
′
)为误差状态下谐振子半球壳球心坐标。5.根据权利要求4所述的一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定方法，其特征在于，所述根据多个误差状态下的空间方程计算每个误差状态下谐振子与电极基座之间的电容，包括：确定任一误差状态为当前误差状态；根据当前误差状态下的空间方程，利用公式确定谐振子与电极基座镀层之间的正对面积；根据所述正对面积，利用公式确定当前误差状态下
谐振子与电极基座之间的电容；其中，S表示正对面积，Dxy为电极域在xoy平面上的投影，C为电容、S为电极片的面积，ε为空间介电常数；z
′
x
表示电极基座空间方程对x求偏导数，z
′
y
表示电极基座空间方程对y求偏导数。6.一种半球谐振陀螺装配位姿误差的确定系统，其特征在于，包括：当前电容获取模块，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鑫，蔚行，李朝将，刘晓豪，刘德飘，李忠新，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：