1مقدمة
مع التطور السريع للطائرات بدون طيار والمركبات المستقلة والروبوتات الذكية، أصبح الإدراك عالي الدقة أكثر أهمية.وحدة المعلومات الداخلية تعمل كـ "الأذن الداخلية و الدماغ الصغير" للمعدات الذكيةيحافظ على الموقف المستقر والملاحة المستمرة عندما يفشل نظام تحديد المواقع أو البيئة تتغير بشكل كبير.
الكثير من الناس يعتقدون أن دقة الملاحة العالية تعتمد فقط على أجهزة استشعار أكثر تكلفةالاعتماد فقط على الأجهزة عالية الجودة سوف يزيد كثيرا من التكاليف وتسبب أداء المنتج غير متسقيقدم المعايرة حلًا أكثر ذكاءً وفعالية من حيث التكلفة.
إن معايرة وحدة المراقبة الداخلية هي أساسا عملية احترافية "التفتيش والتصحيح". إنها تكتشف قواعد الخطأ المتأصلة لكل جهاز استشعار من خلال اختبارات قياسية،يحول الأخطاء غير المتوقعة إلى معايير قابلة للحساب والتعويض، وتحقيق أقصى قدر من أداء الأجهزة القائمة. فإنه يضمن انتاج IMU البيانات المستقرة والدقيقة في بيئات مختلفة وحالات العمل.
2ما هو معايرة الوحدة الداخلية؟
ببساطة، المعايرة هي عملية تصحيح موحدة. نحن إدخال إشارات الحركة القياسية والمعروفة إلى الوحدة الداخلية، مثل موقف ثابت وسرعة دوران مستقرة.من خلال مقارنة المدخلات القياسية والمخرجات الفعلية للمستشعر، نقوم بتلخيص قواعد الخطأ الداخلي ونشكل خوارزمية تصحيح ثابتة.
لا يزين المعايير البيانات الفردية. الهدف الرئيسي هو جعل نتائج قياس جهاز الاستشعار متسقة ومستقرة وموثوقة في جميع السيناريوهات.نتيجة المعايرة المؤهلة لها ثلاث خصائص:
-
يمكن تفسيرها: جميع الأخطاء تتوافق مع الأسباب الفيزيائية الواضحة ، مثل التحيز الصفري ، خطأ عامل الحجم وخلل محور المحور.
-
يمكن التنبؤ به: يمكن التنبؤ بمسار الخطأ في ظل ظروف العمل المختلفة مسبقاً.
-
قابل للتحقق: يمكن اختبار تأثير التصحيح باستخدام بيانات جديدة لتلبية معايير الصناعة.
3المصادر الرئيسية لأخطاء الوحدة
يتم تقسيم أخطاء IMU بشكل رئيسي إلى ثلاث فئات ، من بينها الأخطاء المنهجية هي الأهداف الرئيسية للتعديل:
-
الأخطاء المنهجية: أخطاء ثابتة ومنتظمة بما في ذلك التحيز الصفري ، وانحراف عامل المقياس والحواف غير المتوسطة. يمكن نمذجة هذه الأخطاء الثابتة وتعويضها بدقة.
-
أخطاء عشوائية: ضجيج ضجيج غير منتظم ، لا يمكن القضاء عليه تمامًا. عادة ما يتم تحسينه من خلال خوارزميات إحصائية وتصفية.
-
أخطاء التثبيت والربط: تسببها انحراف التثبيت الميكانيكي، تأثير ذراع الرافعة، وفارق التزام الوقت، والتي تحتاج إلى تصحيحها عن طريق المعايرة على مستوى النظام.
4الأنواع الشائعة للتعديل
4.1 المعايرة على مستوى الجهاز والنظام
المعايرة على مستوى الجهازيستهدف الأخطاء المتأصلة في جهاز الاستشعار. يتم إكمالها في المختبر باستخدام أجهزة التشغيل الدقيقة واختبارات متعدد المواقف الساكنة لتصحيح التحيز الصفري وعامل الحجم وأخطاء ربط المحور.
المعايرة على مستوى النظاميهدف إلى أخطاء المعدات الكلية بعد تثبيت وحدة المراقبة الداخلية. إنه يصحح زاوية الانحراف في التثبيت،تأثير ذراع الرافعة والأخطاء غير المتزامنة في الوقت عن طريق الجمع بين بيانات مرجعية GNSS وحالة حركة الناقل الفعلية.
4.2 المعايرة المصنعة والمعايرة الثانوية للمستخدم
معايرة المصنعيتم الانتهاء منه أثناء الإنتاج. يتم تجميد المعلمات المعايرة في الجهاز لضمان اتساق المنتجات المصنعة.
المعايرة الثانويةيتم إجراؤها من قبل المستخدمين. ستزداد الأخطاء قليلاً بسبب النقل والتركيب والشيخوخة على المدى الطويل. يمكن لإعادة معايرة المستشعرات بانتظام استعادة أداء أفضل.
المعايرة عبر الإنترنت في الوقت الحقيقيتلقائيًا تحسين المعلمات من خلال الخوارزميات أثناء تشغيل المعدات ، والتي تعمل كمكمل في الوقت الفعلي للتعديل دون اتصال.
5أساليب اختبار المعايرة الأساسية
5.1 اختبار التدحرج الساكن للمسرع
الجاذبية الأرضية (1g) هي مرجع قياسي ومستقر. يتم تثبيت IMU على جهاز ثابت ووضعها في ستة مواقف ثابتة قياسية ، مع توجه كل محور إلى الأعلى والأسفل على التوالي.من خلال جمع البيانات الثابتة تحت الجاذبية، يمكننا حساب تحيز الصفر، عامل الحجم والخطأ عبر المحور من مقياس التسارع بدقة. هذه هي الطريقة الأكثر أساسية وفعالية للتعديل الثابت.
5.2 اختبار لوحة التحويل مع سرعة الجيروسكوب
يقيّم الجيروسكوب السرعة الزاوية، لذلك يحتاج إلى حركة ديناميكية قياسية للتعديل.يوفر دورة معدل عالية الدقة مستقر ودقيق إلى الأمام والعودة إلى الوراء في سرعات مختلفةمن خلال مقارنة مخرجات الجيروسكوب مع القيمة القياسية للجهاز، يمكن تصحيح خطأ التحيز الصفري وعامل الحجم لكل محور بدقة.يمكن أن تستكمل أجهزة التحويل متعددة المحاور معايرة المحور الكامل في وقت واحد بكفاءة أعلى.
5.3 معايرة الحرارة
تُؤثر معايير الوحدة الدولية للطاقة الباطنية بشكل كبير على درجة الحرارة.يتم وضع جهاز الاستشعار في غرفة درجة حرارة قابلة للبرمجة لتكرار الاختبارات الثابتة والديناميكية ضمن نطاق درجة الحرارة الكامل (-40 درجة مئوية ~ + 85 درجة مئوية)وأخيراً، يتم إنشاء نموذج تعويض درجة الحرارة.سوف يطابق النظام تلقائيًا معايير التصحيح وفقًا لدرجة الحرارة في الوقت الحقيقي لضمان الأداء المستقر في البيئات القاسية.
5.4 اختبار معايرة الهزات
يستخدم اختبار الاهتزاز للتحقق من الاستجابة الديناميكية للمستشعر. من خلال مسح الجذع واختبارات الاهتزاز العشوائي، يمكننا تأكيد عرض النطاق الترددي للمستشعر،القدرة على مكافحة الاهتزاز وحساسية التسارعلضمان التشغيل المستقر في سيناريوهات الاهتزاز مثل المركبات والطائرات.
6عملية المعايير على مستوى النظام
تتبع معايرة النظام الكاملة عملية دائرة مغلقة ناضجة لضمان المعلمات الدقيقة والموثوقة:
الخطوة 1: بناء نموذج الخطأإنشاء نماذج المعلمات الداخلية (التحيز الصفري، عامل الحجم، عدم المواءمة المحورية) ونماذج المعلمات الخارجية (خطأ ذراع الرافعة، انحراف التثبيت) لتحديد جميع الأخطاء.
الخطوة 2: تحليل انتشار الأخطاءمحاكاة كيفية تراكم الأخطاء الصغيرة للمستشعرات وتأثيرها على نتائج الموقف والسرعة وموقع الملاحة
الخطوة 3: حدد مراجع الملاحظةاستخدام المراجع الخارجية مثل سرعة وموقع GNSS ، والقيود الفيزيائية الداخلية مثل حالة الصفر السريع الجامدة لتوفير معايير تصحيح قياسية.
الخطوة 4: تصميم مسار الحركة العلمية. استخدام تعديل موقف متعددة الزوايا، والدوران الإيجابي والسلبي والحركة متعددة السرعات لتحفيز كامل جميع معايير الخطأ.
الخطوة 5: حل البيانات والتحقق منهاجمع وتنظيف بيانات الاختبار، حساب معايير المعايرة من خلال أصغر مربعات وخوارزميات التصفية، والتحقق من البيانات المستقلة.صلابة المعلمات في الجهاز بعد اجتياز الاختبار.
7كيفية الحكم على جودة المعايرة
التقارب بين المعلماتهو المعيار الأساسي للمعايرة المؤهلة. خلال تكرار المعايرة ، سيتم ضبط جميع معايير الخطأ بسرعة وفي النهاية تميل إلى أن تكون مستقرة مع تقلبات صغيرة فقط.الحالة النهائية المستقرة والسطحية تثبت أن معايير المعايرة دقيقة، فعالة ولن تتحرك عشوائيا في الاستخدام الفعلي.
8ملخص
المعايرة هي الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة للاستفادة من أقصى قدر من إمكانات أجهزة IMU.ولكن يزيل الأخطاء المنهجية من خلال النمذجة الموحدة، الاختبار والتعويض. إنه يجعل كل وحدة IMU لديها أداء قياس ثابت ومستقر وموثوق به في بيئات معقدة ومتغيرة.لكل معدات الملاحة الذاتية عالية الدقة، المعايرة هي تقنية أساسية لا غنى عنها لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل.
يجب أن تكون رسالتك بين 20-3000 حرف!
