北航研究生惯性导航技术综合实验报告

惯性导航技术综合实验

学号：

姓名：

仪器科学与光电工程学院

2016 年 5 月

1.1 陀螺仪关键参数测试与分析实验

一、实验目的

通过在速率转台上的测试实验，增强动手能力和对惯性测试设备的感性认识；通过对陀螺仪测试数据的分析，对陀螺漂移等参数的物理意义有清晰的认识，同时为在实际工程中应用陀螺仪和对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。

二、实验内容

利用单轴速率转台，进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验和陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。

三、实验仪器

单轴速率转台、MEMS陀螺仪（或光纤陀螺仪）、稳压电源、数据采集系统与分析系统。

四、实验步骤

1. 测试前工作

a．把陀螺仪安装到转台上，使其敏感轴垂直于工作台面；

b．连接陀螺仪的各信号线和电源线；

c．测试陀螺仪电缆是否正常连接；

d．检查陀螺仪5V电源是否正常；

e．启动数据采集与测试系统，并检查是否正常，正常后关闭。

2. 标度因数和零偏测试实验

a. 接通电源，预热一定时间；

b. 陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据；

c.转台正转，测试陀螺仪输出，停转；转台反转，测试陀螺仪输出，停转。在正转和反转时测试陀螺仪输出量，并分别保存数据；

d.改变转台输入角速率重复步骤c，正负角速率的速率档分别不少于5 个（按军标要求是11个）；

e.转速结束后，当转台静止时，采集陀螺仪输出数据，并保存；

f. 计算陀螺标度因数和零偏。

3. 零漂测试（零偏稳定性）

在静止下采集陀螺仪数据，并由测试数计算陀螺仪零偏稳定性。军标中通常的测试时间是1 小时，并对所采集的数据进行1 秒、10 秒及100秒等不同时间的平滑。本实验中可采集数据10 分钟左右，并分别进行1 秒、10 秒及100 秒平滑。计算陀螺仪零偏稳定性，并进行比较。

4. 零偏重复性测试

a. 令转台某角速度下进行正转，转速平稳后，采集陀螺输出数据，并保存；

b. 令转台某角速度下进行反转，转速平稳后，采集陀螺输出数据，并保存；

c. 按计算陀螺零偏；

d. 关掉陀螺电源，并重新启动，重复步骤a、b；

e. 重复步骤d 进行3-5 次，共得到陀螺零偏5-7 个；

f. 对5-7个陀螺零偏求均方差，得零偏重复性指标。

五、实验数据处理

1. 标度因数和零偏测试结果

实验中分别测量并记录了在转台输入角速率为50、100、150、200、250°/s正反转，以及静止条件下的陀螺输出值，数据在“1.1”文件夹中，然后对数据进行处理，得到各输入

角速率下的陀螺输出值，最后按下式进行最小二乘拟合得到标度因数和零偏。

1

1

12

2

111

1M

M M

ij j ij

j

j j j G M

M

ij

ij j j F F

M K M =====Ω-Ω=

??Ω-Ω ???

∑∑∑∑∑

01

1

1

M

M

G

j

ij

j j K F F M

M ===

-Ω

∑∑

计算结果为：

0 1.0188 0.0538

G K F ==

计算源程序：

N=20; fj=sum(data)/N;

Fj=fj(1:10)-(fj(11)+fj(12))/2;

w=[20,-20,40,-40,60,-60,80,-80,100,-100];

K=(sum(w.*Fj)-sum(w)*sum(Fj)/10)/(sum(w.^2)-(sum(w))^2/10); F0=sum(Fj)/10-K/10*sum(w);

2. 零漂测试结果

在静止下采集陀螺仪数据，并由测试数据计算陀螺仪零偏稳定性。军标中通常的测试时间是1 小时，并对所采集的数据进行1 秒、10 秒及100秒等不同时间的平滑。本实验中采集数据时间为10 分钟（数据见附件“10分钟静态.xlsx ”），并分别进行1 秒、10 秒及100 秒平滑，平滑结果如下图所示。

0100200

300400500600-1.1-1-0.9

时间/s

角速率（°

/s ）

1s 平滑

0100200

300

400500600-1.05-1-0.95

时间/s

角速率（°

/s ）

10s 平滑

100

150200250300

350

400450500550600

-1.04-1.02-1

时间/s

角速率（°

/s ）

100s 平滑

按照公式：()

1/2

21111n

s i i G B F F K n =??=-??-??

∑ ，计算零漂，结果为：

1秒平滑零漂 0.0214°/s 10秒平滑零漂 0.0075°/s 100秒平滑零漂

0.0028°/s

d1=sum(reshape(data,5,[]))/5; d10=sum(reshape(data,50,[]))/50; d100=sum(reshape(data,500,[]))/500; figure(1) t1=1:600; t2=10:10:600; t3=100:100:600; subplot(3,1,1)

p=plot(t1,d1,'r');grid on;

xlabel('时间/s'); ylabel('角速率（°/s ）'); legend('1s 平滑') set(p,'LineWidth',2) subplot(3,1,2)

p=plot(t2,d10,'r');grid on; xlabel('时间/s'); ylabel('角速率（°/s ）'); legend('10s 平滑') set(p,'LineWidth',2) subplot(3,1,3)

p=plot(t3,d100,'r');grid on;

xlabel('时间/s'); ylabel('角速率（°/s ）'); legend('100s 平滑') set(p,'LineWidth',2)

B1=sqrt(sum((d1-mean(d1)).^2)/599)/1.0188 B10=sqrt(sum((d10-mean(d10)).^2)/59)/1.0188 B100=sqrt(sum((d100-mean(d100)).^2)/5)/1.0188

3. 零偏重复性测试结果

实验中令转台在角速度300°/s 下正反转测试零偏重复性，测试数据整理在“1.1的300+/-——1/2/3”中，共测量6组，每一组采用1s 平滑，计算零漂结果如下表所示：

组号 陀螺零漂 °/s 1 0.0985 2 0.0942 3 0.1159

4 0.1519

5 0.0887 6

0.0960

由式 ()

1/2

2

00111Q

r i i B B B Q =??

=-?

?-??

∑得零偏重复性为：

0.0236r B =

d1=sum(reshape(data(:,1),5,[]))/5;

d2=sum(reshape(data(:,2),5,[]))/5;

d3=sum(reshape(data(:,3),5,[]))/5;

d4=sum(reshape(data(:,4),5,[]))/5;

d5=sum(reshape(data(:,5),5,[]))/5;

d6=sum(reshape(data(:,6),5,[]))/5;

B(1)=sqrt(sum((d1-mean(d1)).^2)/19)/1.0188;

B(2)=sqrt(sum((d2-mean(d2)).^2)/19)/1.0188;

B(3)=sqrt(sum((d3-mean(d3)).^2)/19)/1.0188;

B(4)=sqrt(sum((d4-mean(d4)).^2)/19)/1.0188;

B(5)=sqrt(sum((d5-mean(d5)).^2)/19)/1.0188;

B(6)=sqrt(sum((d6-mean(d6)).^2)/19)/1.0188;

Br=sqrt(sum((B-mean(B)).^2)/5)

1.2 加速度关键参数测试与分析实验

一、实验目的

通过在位置转台上的测试实验，增强动手能力和对惯性测试设备的感性认识；通过对

加速度计测试数据的分析，对比力、加速度计标度因数和偏置等参数的物理意义有清晰的认识。为在实际工程中应用加速度计和对加速度计进行误差建模与补偿奠定基础。

二、实验内容

利用双轴位置转台，进行加速度计标度因数测试、偏置测试、偏置重复性测试和加速度计标度因数与偏置建模、误差补偿实验。

三、实验仪器

双轴位置转台、MEMS 加速度计、稳压电源、数据采集系统和分析系统。

四、实验步骤

1. 测试前工作

a ．把加速度计安装到转台上，使其敏感轴垂直于工作台面；

b ．连接加速度计的各信号线和电源线；

c ．测试加速度计电缆是否正常连接；

d ．检查加速度计5V 电源是否正常；

e ．启动数据采集与测试系统，并检查是否正常，正常后关闭。 2. 标度因数和偏置测试

本实验采用1翻滚实验来测试，测试过程为： a . 把俯仰角调到90°位置；

b . 调节方位轴，使角速度计敏感轴近似指向地心；

c. 设置当前角位置为0°，加速度计通电，记录数据并求出平均值；

d. 在0到360°范围内改变输入角速度j ，记录输出电压数据，并求出平均值jp F ，通常采取等间隔采样方法，即每次变化角度60°、30°或更小间隔；

e. 用最小二乘法拟合加速度计标度因数和偏置。 3. 偏置测试（零偏稳定性）

加速度计偏置测试可按上面方法测试，也可采用以下简单方法： a. 把俯仰现调到近水平位置（任意角度α）；

b. 采集加速度计输出数据，保存数据，并计算均值

c. 将位置转台方位轴旋转180 度；

d. 采集加速度计输出数据，保存数据，并计算均值；

e.计算加速度计偏置。 4. 偏置重复性测试

在同样条件下及规定时间间隔内，重复测量加速度计偏置之间的一致程度，以各次测量所得偏置的标准差表示，实验过程为：

a. 可按以上两种方法这一计算加速度计偏置

b. 重复步骤4到6次，并保存数据；

c. 计算加速度计偏置重复性。

五、实验数据处理

1. 标度因数和偏置测试结果

实验中在0°到360°范围内每变化60°记录加速度计输出数据，整理数据见电子版附件“1.2，利用下式计算标度因数和偏置。

1

11

2

21

11

1M

M M

ij j ij j

j j j A M

M

ij ij j j A F A F

M K A A M =====-=

?

?-

???

∑∑∑∑∑g g

1

1

1M

M

A j ij

j j K F F M M ===-Ω

∑∑

计算结果为：

0 1.0029 -0.0018

A A K F ==

计算源程序：

Fj=sum(data)/95;

sta=[0 pi/3 2*pi/3 pi 4*pi/3 5*pi/3]; Aj=9.7803267714*cos(sta);

KA=(sum(Aj.*Fj)-sum(Aj)*sum(Fj)/6)/(sum(Aj.^2)-(sum(Aj))^2/6) FA0=sum(Fj)/6-KA/6*sum(Aj)

2. 偏置重复性测试结果

采用方法2计算偏置，实验数据整理在文件 “加计偏置重复性.xlsx ”中，采用以下两式计算：

()01

*2f f f αα+-=+

()

1/2

200111Q

r i i B B B Q =??=-??-??∑

得零偏重复性为：

0.0401r B =

计算源程序：

Fj=sum(data)/20;

B0=(Fj(1:2:end)+Fj(2:2:end))/2; Br=sqrt(sum((B0-mean(B0)).^2)/4)

2.1 惯性测量单元安装误差系数标定实验

一、实验目的

1、掌握惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）的标度系数、安装误差、零偏

的标定方法；

2、利用现有实验条件实现实验过程的设计。

二、实验内容

利用单轴速率转台，进行IMU的安装误差系数标定，并通过公式计算该安装误差系数。

三、实验仪器

单轴速率位置转台、MEMS惯性测量单元、稳压电源、数据采集系统。

四、实验步骤

1）陀螺安装误差测试实验

1. 测试前工作

a．把已固定到工装夹具上的IMU安装到速率转台上，使陀螺Z轴垂直于工作台面；

b. 连接IMU的各信号与电源线；

c. 测试IMU电缆是正常连接；

d. 检查IMU 供电是否正常；

e. 启动数据采集与测试系统并检查是否正常，正常后关闭。

2. 实验步骤

a．速率转台处于“停止”状态，接通电源，预热至IMU工作稳定；

b. 分别以10°/s，20°/s，40°/s，60°/s，80°/s的速率转动转台，打开监控计算机中的数

据采集软件。在每一个旋转速率下，转台正转，旋转稳定后，采集转台旋转360°的

过程中IMU的输出数据zj+,1,2,3,4,5 j

ω=

，停转，存储数据；转台反转，如上再次

采集IMU输出数据zj-,1,2,3,4,5 j

ω=

，停转，存储数据；

c. 翻转工装，依次使得陀螺敏感轴X、Y轴依次平行于转台旋转轴，在每个位置上重

复上述步骤，稳定后记录转动相应敏感轴的角速度当量均值

ij ,,;1,2,3,4,5 i x y j

ω

±==

并保存数据；

d. 按公式计算陀螺标度因数、安装误差和零偏。

2）加速度计安装误差测试

1. 测试前工作

a．把已固定到工装夹具上的IMU安装到位置转台上，使陀螺Z轴平行于工作台面；

b. 连接IMU的各信号与电源线；

c. 测试IMU电缆是正常连接；

d. 检查IMU 供电是否正常；

e. 启动数据采集与测试系统并检查是否正常，正常后关闭。 2. 实验步骤

a. 接通电源，预热至IMU 工作稳定，启动数据采集软件；

b. 摇动转台手柄使IMU 安装台面垂直，顺时针旋转垂直方向的转台，每隔20°作为一个实验测试位置，直到转过360°回到原位置，再依次逆时针旋转垂直方向的转台，

分别记录18组Z 向加速度计输出数据

zj ,1,2,...

a j ±=；

c. 将转台台面调至水平，安装IMU 使加速度计的Z 向垂直于水平面内。摇动转台手柄使IMU 安装台面垂直，调整转台Z 向加速度计处于水平位置，此位置记为初始位置。

d. 顺时针旋转垂直方向的转台，每隔20°作为一个实验测试位置，直到转过360°回到原位置，再依次逆时针旋转垂直方向的转台，分别记录18组X 、Y 向加速度计输出数据

ij ,,;1,2,...

a i x y j ±==;

e. 按公式计算加速度计标度因数、安装误差和零位误差。

五、实验数据处理

1. 陀螺安装误差测试结果

实验中分别让转台以60、-60、120、-120、180、-180、240、-240、300、-300°/s 的速率转动，分别对IMU 的三轴陀螺进行测试，测试数据见附件“2.1加计”，每个角速率条件下取100个数据进行平均，然后通过下式计算陀螺的标度因数、安装误差和零偏：

xx

xy xz x 1gyro yx

yy yz y zx zy

zz

z K K K S =K K K )K K K T T o I I I εεε-????=ΩΩΩΩ?????

?

( 计算结果为：

标度因数及安装误差阵：

0.9869 0.0085 -0.0177 0.0092 0.9949 0.0002 -0.0112 0.0111 0.9799xx

xy xz yx yy yz zx zy

zz K E E E K E E E K ??????

??=???????

????

?

陀螺仪零偏： x Y Z -0.2492-0.2916-0.4387εεε????????=????????????

计算源程序：

wi=[60 -60 120 -120 180 -180 240 -240 300 -300 zeros(1,20);

zeros(1,10) 60 -60 120 -120 180 -180 240 -240 300 -300 zeros(1,10); zeros(1,20) 60 -60 120 -120 180 -180 240 -240 300 -300 ones(1,30);]; X=sum(x)/100; X=reshape(X,3,10); Y=sum(y)/100; Y=reshape(Y,3,10); Z=sum(z)/100;

Z=reshape(Z,3,10); wo=[X,Y,Z];

Sgyro=wo*wi'/(wi*wi')

2. 加速度计安装误差测试结果

实验数据整理在“2.1加计”中，供Matlab 调用，采用以下公式计算加计的标度因数、安装误差和零位误差：

xx xy xz x 1acce yx

yy yz y zx zy

zz

z K K K S =K K K )K K K T T o I I I A A A -?????

?=??????

?

(A 计算结果：

标度因数及安装误差阵：

xx

xy xz yx yy yz zx K K K 1.001770.021480.00711K K K 0.01218 1.00170.0077K K K 0.009550.001540.99839zy

zz ??????

??=-???????

?--???

?

加速度计零位误差：x Y Z 0.20170.49010.5471?-????

?????=-????

?????-????

计算源程序：

X=sum(x)/100; X=reshape(X,3,10); Y=sum(y)/100; Y=reshape(Y,3,10); Z=sum(z)/100; Z=reshape(Z,3,10); Ao=[X,Y,Z];

Sacce=Ao*Ai'/(Ai*Ai')

2.2 旋转调制原理验证实验

一、实验目的

1、通过认识旋转调制技术，实现理论课学习范畴的拓展；

2、验证旋转调制技术的效果，加强对旋转调制技术的理解。

二、实验内容

观摩单轴旋转调制系统工作过程，学习旋转调制原理，验证旋转调制技术对陀螺、加速度计性能的调制效果。

三、实验仪器

旋转调制式捷联惯导系统、稳压电源、数据采集系统。

四、实验原理

旋转调制是陀螺漂移的自补偿技术，设X 向陀螺的漂移为x ε，加计零偏为x ?，Y 向陀螺的漂移为y ε，加计零偏为y ?,平台绕Z 轴以ω的角速度旋转，如图1所示，则地理坐标系下的等效东向和北向陀螺漂移和加速度计零偏的表达式有：

X O

Z

Y

绕Z 轴

旋转调制

图1 旋转调制捷联惯导的组成框图

cos sin sin cos E x z Z x z t t

t t

εεωεωεεωεω=+??

=-+? cos sin sin cos E x z Z x z t t

t t

ωωωω?=?+???

?=-?+?? 旋转调制技术可以将惯性器件引起的误差大大降低。

五、实验步骤

1．教师讲解

a. 旋转调制技术简介

b. 旋转调制系统及显控系统简介

2．操作演示

a. 演示旋转调制系统工作过程

b. 控制电机分别处于旋转和锁定状态，输出并存储陀螺和加速度计数据。

3．理论探究

旋转调制技术是指通过使惯导的惯性传感器组合连续、周期、有规律地旋转, 从而使惯性器件误差在短时间内的均值尽量接近零, 以此来减小系统误差积累, 提高导航精度的技术。捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法, 它能在不使用外部信息的条件下, 自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差。该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用, 旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础。

3.1 初始对准实验

一、实验目的

结合已经采集并标定好的惯性传感器数据进行粗对准，了解实现对准的过程；通过比较不同传感器数据的对准结果，进一步认识惯性传感器性能在导航系统中的重要地位。为在实际工程设计中针对不同应用需求下采取相应的导航系统方案提供依据。

二、实验内容

利用加速度计输出计算得到系统的初始姿态，利用陀螺输出信号计算航向角。对比利用不同的惯性传感器数据计算所得的不同结果。

三、实验仪器

MEMS IMU 、稳压电源、数据采集系统与分析系统。

四、实验原理

惯导系统在开始进行导航解算之前需要进行初始对准，水平对准的本质是将重力加速度作为对准基准，其对准精度主要取决于两个水平加速度计的精度，加速度计的零位输出将会造成水平对准误差；方位对准最常用的方位是罗经对准，其本质是以地球自转角速度作为对准基准，影响对准精度的主要因素是等效东向陀螺漂移。

()()()()()()11sin , sin y x z z a n a n n n a n a n θγ--????==- ? ?

? ?

????

其中，()n θ、() n γ分别为当前时刻的俯仰角和横滚角计算值。、 水平对准误差如下所示：

五、实验步骤

采集静止状态下水平加速度计输出，按下式计算其平均值。

其中，()i a n 为前n 个加计输出均值；()1i a n -为前n-1个加计输出均值；()i a n 为当前时刻加计输出值。

实验中记录三轴加速度计各100个输出数据，整理到附件“初始对准.xlsx ”中。利用其进行初始对准，计算系统初始俯仰角和横滚角：

-0.1512 deg

0.1511 deg

θγ==

实验源程序：

ax=data(1,1); ay=data(1,2); az=data(1,3);

for i=2:100

ax=ax+(data(i,1)-ax)/i;

ay=ay+(data(i,2)-ay)/i;

az=az+(data(i,3)-az)/i; end

sta=asin(ay/az)*180/pi gama=-asin(ax/az)*180/pi

3.2 惯性导航静态实验

一、实验目的

1、掌握捷联惯导系统基本工作原理；

2、掌握捷联惯导系统捷联解算方法；

3、了解捷联惯导系统误差传递规律和方程。

二、实验仪器

捷联惯性导航系统一套、监控计算机一台。

三、实验原理

捷联惯性导航系统（SINS ）的导航解算流程如图1所示。在程序初始化部分，主要是获得SINS 的初始姿态阵、初始位置矩阵以及初值四元数；并读取SINS 数据更新频率等SINS 的工作参数。

这里，L 、λ分别为当地纬度和经度，ψ、θ、γ分别为载体航向、俯仰、横滚角。地理坐标系为东-北-天坐标系。

1. 姿态方程

由于具有计算量小，无奇点，无歪斜误差等优点，四元数被广泛用于捷联惯导系统的计算。本作业以四元数作为姿态描述参数进行计算。计算初始四元数可以由初始姿态角通过式(1)得到。

123cos cos cos sin sin sin 222222

cos sin cos sin cos sin 222222cos cos sin +sin sin cos 222222cos sin sin +sin cos cos 222222

?θγ?θγλ?θγ?θγλ?θγ?θγλ?θγ?θγλ?

=-??

?=-??

?=???=? (1)

由四元数表示的姿态转移矩阵如式(2)所示。

()

()()

()()()

22220123120313022222

1203012323012222130223010123222222b t λλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλ??

+--+-?

?

=--+-+????+---+?

?

C (2)

2．四元数姿态速率微分方程

确定姿态矩阵的四元数运动学微分方程为：

12

b tb

=ω ΛΛ (3)

作业中采用角增量法求解式(3)所示微分方程，具体计算步骤如式(4)～(8)所示。 b b b t

t b i b t i t

=-ωωC ω (4)

b

tb

T ?=?θω (5)

[]0

000x y z x

z y y z x z

y

x

θθθθ

θθθθθθθθ-?-?-???

????-??

??=??

?-??????-?????

θ (6)

0()norm θ?=?θ

(7)

()[]()0

sin

2(cos

)02

t θθθ??=+??I θΛΛ

(8)

这样就能够实时得到姿态四元数，经姿态方程可得b t C ，再经过姿态角计算可得俯仰角、横滚角和航向角。 3. 姿态角

定义载体的俯仰角为θ，横滚角为?，航向角为ψ，均以逆时针方向为正方向。则根据式(2)可得姿态角的主值计算方法如式(9)所示。

()1231

13331

2122sin ()()

m

m m C

C tg C C tg C θγ?---?

?=??=-??

?=-??

(9) 式(9)得到的是姿态角的主值。俯仰角θ定义在[-90°，90°]区间，和主值相同。横滚角?

定义在[-180°,180°]区间，航向角ψ定义在[0°，360°]区间，存在多值问题。判断方式如式(10)所示。

3313331333332221/2 0&&0/2 0&&0 00 0 0/2 0&&0/2 m m m m m C C C C C C C C ππγγγπγγπγππψ=??>=??+?

??=<-=22212222 0&&0 0

0 0 20m m m m m C C C C ψπψψψπψ?????????

??

??

=>???+????>????+

(10)

4．指北方位平台惯导系统

指北方位平台惯导系统是用地理坐标系为导航坐标系，平台坐标系在载体航行过程中始终跟踪地理坐标系。平台坐标系下的比力方程为：

(2)P P P P P p ep ie ep ep

=++?- ωωf V V g (11) 根据式(11)可得地理坐标系下的对地加速度为：

(2)t t t t t t et ie et et

=-+?+ V f V g ωω (12) 式中：t

et

V 为地速，t f 为地理系下三轴比力信息，t g 为重力加速度，题目要求采用MGS-84模型，如式(13)所示，t ie ω和t

et ω分别为地球自转角速度和地理坐标系相对地球坐标系的角速

度，如式(14)(15)所示。

229.7803267714(10.00193185138639sin ())(12/)/1-0.00669437999013sin ()e g L h R L =+-

(13)

0cos sin t

ie ie ie L L ωω??

??=??????

ω (14)

tan t ety yt t

t etx et xt t etx xt V R V R V L R ??-??

??????=??????

????

ω (15) 式中：e R 为地球长半径，h 为飞行高度，ie ω为地球自转角速率，L 为当地地理纬度，yt

R 为当地子午面内主曲率半径，xt R 为与子午面垂直平面上的主曲率半径。

()()2e

2e

111sin R 11123sin R xt yt e L R e L R ?=-???

???=+-???? (16)

因此，式(12)经过整理得到以下方程组：

(2sin tan )(2cos )(2sin tan )(2)t t t t t t etx etx etx x ie ety ie etz xt xt t t

ety t t t t

etx ety y ie etx etz xt yt t

t

ety t t t t etx etz y ie etx ety

xt yt V V V f L L V L V R R V V V f L L V V R R V V V f coxL V V g

R R ωωωω?=++-+??

??=-+

-??

??=+++-??

(17) 从t f 中分别消去有害加速度，就得到t etx V 、t ety

V 和t etx V ，再积分一次可得到速度值。本作业中式(17)采用欧拉法计算：

(1)()()(1)()()(1)()()

t t t etx etx etx

t

t t ety ety ety

t t

t etz etz etz V k V k T V k V k V k T V k V k V k T V k ?+=?+?+=?+??+=?+? (18) 载体所在位置的地理纬度L 和经度λ可由如下方程求得：

cos t

ety yt t

etx

xt V L

R V R L

λ?=??

??=??

(19) 本作业中式(19)采用欧拉法计算：

(1)()()(1)()()L k L

k T L k k k T k λλλ?+=?+??+=?+??

(20) 四、实验步骤

1．MIMS IMU 系统导航计算

①将IMU 固定在夹具上，将IMU 连同夹具一起静置于桌面；

②调整稳压电源的输出电压为+8V ，关闭电源。连接稳压电源与IMU 供电输入端，连接IMU 信号线与USB-232转接线至监控计算机； ③打开监控计算机中的监控软件；

④打开捷联惯导实验系统电源，捷联惯导实验系统开始启动； ⑤保持捷联惯性导航系统静止600秒，并记录实时输出数据； ⑥停止记录数据，利用捷联解算方法计算纯惯性导航误差。 2．中精度惯性导航系统导航仿真

①由实验老师给定一组中低精度IMU 的静态IMU 采样数据，初始姿态由数据中前300秒的加速度计采样计算得到，初始航向由GPS 双天线数据给出； ②利用捷联解算方法计算纯惯性导航误差；

③将该IMU 数据实现沿方位轴的旋转，使用旋转之后的数据进行纯惯性导航解算，计算导航误差。

五、实验数据处理

利用Matlab 对这两组数据进行捷联惯导解算，解算位置误差、速度误差、姿态误差如下

图所示。（左边为低精度IMU 解算结果，右边为中等精度ＩＭＵ解算结果）。

100

200

300400

500

600

-5

5

10

时间/s

纬度误差/d e g

位置误差

100

200

300400

500

600

-8

-6-4-20时间/s

经度误差/d e g

0100200

300400500600

-5

051015x 10

-3

时间/s

纬度误差/d e g

位置误

差

0100200

300400500600

-0.6

-0.4-0.200.2

时间/s

经度误差/d e g

100

200

300400

500

600

-2000

-1500-1000-5000

时间/s

东向速度误差/d e g /s

速度误

差

100

200

300400

500

600

-200002000

4000时间/s

北向速度误差/d e g /s

0100200

300400500600

-200

-100

100

时间/s

东向速度误差/d e g /s

速度误

差

0100200

300400500600

-5

5

10

时间/s

北向速度误差/d e g /s

0100200

300400500600-100

0100时间/s

俯仰角误差/d e g

姿态误

差

0100200

300400500600-100

0100时间/s

横滚角误差/d e

g

0100200

300400500600-500

0500时间/s

航向角误差/d e g

0100200

300400500600

-4

-20时间/s

俯仰角误差/d e g

姿态误

差

0100200

300400500600

-0.1

00.1时间/s

横滚角误差/d e

g

0100200

300400500600

-0.5

00.5时间/s

航向角误差/d e g

从图中可以看出，中等精度IMU 的导航误差明显小于低精度IMU ，如果再对中等精度IMU 进行旋转调制导航精度会有一定的提高。

4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验

一、实验目的

为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。

二、实验内容

学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。

三、实验仪器

USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。

四、实验步骤

1）检查电机驱动电源（24V ）；

2）检查USB_PCL6045B 控制板与上位机及电机驱动器间的连接电缆； 3）启动USB_PCL6045B 控制板评估测试系统检查系统是否正常工作； 4）运行编写的定长运动程序，并比较实际位移与设定位移； 5）修改程序设定不同运动长度，并重复执行步骤4）； 6）对记录实验数据，并进行误差分析。

五、实验数据处理

实验时采用手动滑动IMU ，得到实验数据见附件“手动10cm.xlxs ”，实验结果如下图所示：

50100150200250300350400

-1-0.5

0.5

1

1.5

2

2.5

路径与实验中手动路径基本相符合。

电力电子技术实验报告

实验一 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验 一、实验目的 (1)掌握各种电力电子器件的工作特性。 (2)掌握各器件对触发信号的要求。 二、实验所需挂件及附件 序 型号备注 号 1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。 3DJK07 新器件特性实验 DJK09 单相调压与可调负 4 载 5万用表自备 将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)和负载电阻R 串联后接至直流电源的两端，由DJK06上的给定为新器件提供触发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述过程中器件的V/A特性；图中的电阻R用DJK09 上的可调电阻负载，将两个90Ω的电阻接成串联形式，最大可通过电流为1.3A；直流电压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器，然后调压器输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。 实验线路的具体接线如下图所示： 四、实验内容 (1)晶闸管（SCR）特性实验。

(3)功率场效应管（MOSFET）特性实验。

(5)绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。 五、实验方法 (1)按图3-26接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将DJK06上的给定电位器RP1沿逆时针旋到底，S1拨到“正给定”侧，S2拨到“给定”侧，单相调压器逆时针调到底，DJK09上的可调电阻调到阻值为最大的位置；打开DJK06的电源开关，按下控制屏上的“启动”按钮，然后缓慢调节调压器，同时监视电压表的读数，当直流电压升到40V时，停止调节单相调压器(在以后的其他实验中，均不用调节)；调节给定电位器RP1，逐步增加给定电压，监视电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通），停止调节，记录给定电压U

惯性导航作业

惯性导航作业

一、数据说明： 1：惯导系统为指北方位的捷连系统。初始经度为116.344695283度、纬度为39.975172度,高度h为30米。初速度 v0=[-9.993908270;0.000000000;0.348994967]。 2：jlfw中为600秒的数据，陀螺仪和加速度计采样周期分别为为1/100秒和1/100秒。 3：初始姿态角为[2 1 90]（俯仰，横滚，航向,单位为度）,jlfw.mat中保存的为比力信息f_INSc(单位m/s^2)、陀螺仪角速率信息wib_INSc(单位rad/s)，排列顺序为一~三行分别为X、Y、Z向信息. 4: 航向角以逆时针为正。 5:地球椭球长半径re=6378245;地球自转角速度wie=7.292115147e-5;重力加速度g=g0*(1+gk1*c33^2)*(1-2*h/re)/sqrt(1-gk2*c33^2)； g0=9.7803267714;gk1=0.00193185138639;gk2=0.00669437999013;c33=sin(lat纬度); 二、作业要求： 1：可使用MATLAB语言编程，用MATLAB编程时可使用如下形式的语句读取数据：load D:\...文件路径...\jlfw,便可得到比力信息和陀螺仪角速率信息。用角增量法。 2：(1) 以系统经度为横轴，纬度为纵轴（单位均要转换为：度）做出系统位置曲线图； (2) 做出系统东向速度和北向速度随时间变化曲线图（速度单位：m/s，时间单位：s）； (3) 分别做出系统姿态角随时间变化曲线图（俯仰，横滚，航向,单位转换为：度，时间单位：s）； 以上结果均要附在作业报告中。 3：在作业报告中要写出“程序流程图、现阶段学习小结”，写明联系方式。

电力电子技术实验报告

实验一 DC-DC 变换电路的性能研究 一、实验目的 熟悉Matlab 的仿真实验环境，熟悉Buck 电路、Boost 电路、Cuk 电路及单端反激变换（Flyback ）电路的工作原理，掌握这几种种基本DC-DC 变换电路的工作状态及波形情况，初步了解闭环控制技术在电力电子变换电路中的应用。 二、实验内容 1．Buck 变换电路的建模，波形观察及相关电压测试 2．Boost 变换电路的建模，波形观察及相关电压测试； 3．Cuk 电路的建模，波形观察及电压测试； 4．单端反激变换（Flyback ）电路的建模，波形观察及电压测试，简单闭环控制原理研究。 （一）Buck 变换电路实验 （1）电感电容的计算过程： V V 500=，电流连续时，D=0.4； 临界负载电流为I= 20 50 =2.5A ； 保证电感电流连续：)1(20D I f V L s -?= =5 .210002024.0-150????） （=0.375mH 纹波电压 0.2%= s s f LCf D V ?8-10） （，在由电感值0.375mH ，算出C=31.25uF 。 （2）仿真模型如下： 在20KHz 工作频率下的波形如下：

示波器显示的六个波形依次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形。 在50KHz工作频率下的波形如下： 示波器显示的六个波形一次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形； 建立仿真模型如下：

（3）输出电压的平均值显示在仿真图上，分别为49.85,49.33； （4）提高开关频率，临界负载电流变小，电感电流更容易连续，输出电压的脉动减小，使得输出波形应更稳定。 （二）Boost 变换电路实验 （1）电感电容的计算过程： 升压比M= S V V 0=D -11,0V =15V,S V =6V,解得D=60%； 纹波电压0.2%=s c f f D ? ，c f RC 1=,s f =40KHz,求得L=12uH,C=750uf 。 建立仿真模型如下：

导航原理实验报告

导航原理实验报告 院系： 班级： 学号： 姓名： 成绩： 指导教师签字： 批改日期：年月日 哈尔滨工业大学航天学院 控制科学实验室

实验1 二自由度陀螺仪基本特性验证实验 一、实验目的 1．了解机械陀螺仪的结构特点； 2．对比验证没有通电和通电后的二自由度陀螺仪基本特性表观； 3．深化课堂讲授的有关二自由度陀螺仪基本特性的内容。 二、思考与分析 1． 定轴性 （1） 设陀螺仪的动量矩为H ，作用在陀螺仪上的干扰力矩为M d ，陀螺仪漂移角 速度为ωd ，写出关系式说明动量矩H 越大，陀螺漂移越小，陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高. 答案： d d H M ω=? /sin d d H M θω = 干扰力矩M d 一定时，动量矩H 越大，陀螺仪漂移角速度为ωd 越小，陀螺漂移越小， 陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高. （2） 在陀螺仪原理及其机电结构方而简要蜕明如何提高H 的量值? 答案：H J =Ω 由公式2A J dm r = ???可知 提高H 的量值有四种途径： 1. 陀螺转子采用密度大的材料,其质量提高了，转动惯量也就提高了。 2. 改变质量分布特性。在质量相同的情况下，若质量分布的半径距质 心越远，H 越大。因此将陀螺转子的有效质量外移，如动力谐陀螺将转子设计成环状。即在陀螺电机定子环中，可做成质量集中分布在环外边缘的环形结构，切边缘部分材质密度大，可提高转动惯量。 3. 增大r,可有效提高转动惯量。 4. 另外可通过采用外转子电机来改变电机质量分布，增大r 。改变电机定转子结构：采用外转子，内定子结构的转子电机。

4. 增加陀螺转子的旋转速度。 2/602(1)/n s f p ωππ==- ，60(1)/n f s p =- 提高电压周波频率 f ↑——〉n ↑——H ↑ f=400Hz 适当减少极对数 ，如取p=1 适当减少转差率s ，可通过减少转子支承轴承摩擦来实现 2．进动性 (1) 在外框架施加一沿x 轴正方向作用力矩时，画出动量矩H 的进动方 向及矢量M ，ω，H 的关系坐标图。(设定H 沿Z 轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n 。 b) 在内框架施加一沿Y 轴正方向作用力矩时，画出动量矩H 的进动方向及 矢量M ，ω,H 的关系坐标图。(设定H 沿Z 轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n 。

#电力电子技术实验报告答案

实验一锯齿波同步移相触发电路实验 一、实验目的 (1)加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 (2)掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。 三、实验线路及原理 锯齿波同步移相触发电路的原理图如图1-11所示。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其工作原理可参见1-3节和电力电子技术教材中的相关内容。 四、实验内容 (1)锯齿波同步移相触发电路的调试。 (2)锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。 五、预习要求 (1)阅读本教材1-3节及电力电子技术教材中有关锯齿波同步移相 触发电路的内容，弄清锯齿波同步移相触发电路的工作原理。 (2)掌握锯齿波同步移相触发电路脉冲初始相位的调整方法。 六、思考题 (1)锯齿波同步移相触发电路有哪些特点? (2)锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关? (3)为什么锯齿波同步移相触发电路的脉冲移相范围比正弦波同步移相触发电路的移相范围要大? 七、实验方法 (1)将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V 10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。 ①同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。 ②观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。 ③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。 ④观察“3”～“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3”点电压U3和“6”点电压U6的对应关系。 (2)调节触发脉冲的移相范围

北航惯性导航综合实验五实验报告

惯性导航技术综合实验 实验五惯性基组合导航及应用技术实验

惯性/卫星组合导航系统车载实验 一、实验目的 ①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理； ②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理； ③掌握捷联惯导 /GPS组合导航系统静态性能； ④掌握动态情况下捷联惯导 /GPS组合导航系统的性能。 二、实验内容 ①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）； ②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）； 三、实验系统组成 ①捷联惯导/GPS组合导航实验系统一套； ②监控计算机一台。 ③差分 GPS接收机一套； ④实验车一辆； ⑤车载大理石平台； ⑥车载电源系统。 四、实验内容 1）实验准备 ①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台； ②将IMU与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算

机、GPS 接收机与导航计算机、GPS 天线与GPS 接收机、GPS 接收机与GPS 电池之间的连接线正确连接； ③ 打开GPS 接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星； ④ 打开电源，启动实验系统。 2） 捷联惯导/GPS 组合导航实验 ① 进入捷联惯导初始对准状态，记录IMU 的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU ； ② 实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态； ③ 移动实验车，按设计实验路线行驶； ④ 利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。 五、 实验结果及分析 (一) 理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。 1、一分钟惯导位置误差理论推导： 短时段内（t<5min ），忽略地球自转0ie ω=，运动轨迹近似为平面1/0R =，此时的位置误差分析可简化为： （1） 加速度计零偏?引起的位置误差：2 10.88022t x δ?==m （2） 失准角0φ引起的误差：2 02 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：3 30.01376 g t x εδ==m 可得1min 后的位置误差值123 1.8157m x x x x δδδδ=++= 2、一分钟惯导实验数据验证结果： （1）纯惯导解算1min 的位置及位置误差图：

电力电子实验报告

电力电子实验报告

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

实验一SCR（单向和双向）特性与触发实验 一、实验目的 1、了解晶闸管的基本特性。 2、熟悉晶闸管的触发与吸收电路。 二、实验内容 1、晶闸管的导通与关断条件的验证。 2、晶闸管的触发与吸收电路。 三、实验设备与仪器 1、典型器件及驱动挂箱（DSE01）—DE01单元 2、触发电路挂箱Ⅰ（DST01）—DT02单元 3、触发电路挂箱Ⅰ（DST01）—DT03单元（也可用DG01取代） 4、电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”—DP01单元 5、逆变变压器配件挂箱（DSM08）—电阻负载单元 6、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器 四、实验电路的组成及实验操作 图1-1 晶闸管及其驱动电路

1、晶闸管的导通与关断条件的验证： 晶闸管电路面板布置见图1-1，实验单元提供了一个脉冲变压器作为脉冲隔离及功率驱动，脉冲变压器的二次侧有相同的两组输出，使用时可以任选其一；单元中还提供了一个单向晶闸管和一个双向晶闸管供实验时测试，此外还有一个阻容吸收电路，作为实验附件。打开系统总电源，将系统工作模式设置为“高级应用”。将主电源电压选择开关置于“3”位置，即将主电源相电压设定为220V；将“DT03”单元的钮子开关“S1”拨向上，用导线连接模拟给定输出端子“K”和信号地与“DE01”单元的晶闸管T1的门极和阴极；取主电源“DSM00”单元的一路输出“U”和输出中线“L01”连接到“DP01”单元的交流输入端子“U”和“L01”，交流主电源输出端“AC15V”和“O”分别接至整流桥输入端“AC1”和“AC2”，整流桥输出接滤波电容（“DC+”、“DC-”端分别接“C1”、“C2”端）；“DP01”单元直流主电源输出正端“DC+”接“DSM08”单元R1的一端，R1的另一端接“DE01”单元单向可控硅T1的阳极，T1的阴极接“DP01”单元直流主电源输出负端“DC-”。闭合控制电路及挂箱上的电源开关，调节“DT03”单元的电位器“RP2”使“K”点输出电压为“0V”；闭合主电路，用示波器观测T1两端电压；调节“DT03”单元的电位器“RP2”使“K”点电压升高，监测T1的端电压情况，记录使T1由截止变为开通的门极电压值，它正比于通入T1门极的电流I G；T1导通后，反向改变“RP2”使“K”点电压缓慢变回“0V”，同时监测T1的端电压情况。断开主电路、挂箱电源、控制电路。将加在晶闸管和电阻上的主电源换成交流电源，即“AC15V”直接接“R1”一端，T1的阴极直接接“O”；依次闭合控制电路、挂箱电源、主电路。调节“DT03”单元的电位器“RP2”使“K”点电压升高，监测T1的端电压情况；T1导通后，反向改变“RP2”使“K”点电压缓慢变回“0V”，同时监测并记录T1的端电压情况。通过实验结果，参考教材相关章节的内容，分析晶闸管的导通与关断条件。实验完毕，依次断开主电路、挂箱电源、控制电路。 2、晶闸管的触发与吸收电路： 将主电源电压选择开关置于“3”位置，即将主电源相电压设定为220V；用导线连接“DT02”单元输出端子“OUT11”和“OUT12”与“DE01”单元的脉冲变压器输入端“IN1”和“IN2”；取主电源的一路输出“U”和输出中线“L01”连接到“DP01”单元的交流输入端子“U”和“L01”；“DP01”单元的同步信号输出端“A”和“B”连接到锯齿波移相触发电路的同步信号输入端“A”和“B”；将“DE01”的脉冲变压器输出“g1”和“k1”分别接至单向

卫星导航定位算法与程序设计实验报告

2013 级测绘工程专业 卫星导航定位算法与程序设计 实 验 报 告 实验名称：卫星导航基本程序设计 班级： 学号： 姓名： 实验时间： 2016年6月28日~2016年6月30 中国矿业大学

目录 实验一时空基准转换 (2) 一、实验目的 (2) 二、实验内容 (2) 三、实验过程 (2) 四、实验感想 (6) 实验二RINEX文件读写 (6) 一、实验目的 (6) 二、实验内容 (7) 三、实验过程 (7) 实验三卫星轨道计算 (12) 一、实验目的 (12) 二、实验内容 (12) 三、实验过程 (12) 四、实验感想 (15)

实验一时空基准转换 一、实验目的 1、加深对时空系统及其之间转换关系的理解 2、掌握常用时空基准之间的转换模型与软件实现 3、每人独立完成实验规定的内容 二、实验内容 本实验内容包括： 内容一：编程实现GPS起点1980年1月6日0时对应的儒略日 内容二：编程实现2011年11月27日对应的GPS周数与一周内的秒数 内容三：在WGS84椭球的条件下，编程实现当中央子午线为117度时，计算高斯坐标x = 3548910.811290287, y = 179854.6172135982 对应的经纬度坐标？ 内容四：WGS84椭球下，表面x=-2408000; y=4698000;z= 3566000处的地平坐标系坐标为: e=704.8615;n=114.8683;u=751.9771的点对应的直角坐标为多少？ 三、实验过程 1.针对第一、二部分内容： 1.1解决思路：先建立” TimeStruct.h”的头文件，将格里高利历、GPS时间结构、儒略日时间结构共结构体的方式放在里面；在建立“TimeTr”的头文件，建立类“CTimeT r”，创建变量“GPS Time”、“Time”、”JulDay”，并且申明函数“TIME2JUL”、“TIME2GTIME”等，用这些函数分别实现所需要的转换。 1.2具体的实现函数： “TIME2JUL”函数： double CTimeTr::TIME2JUL()//TIME Time,JULIANDAY &JulDay { double m,y; double D; //h =Time.byHour+Time.byMinute/60.0+Time.dSecond/3600.00; if(Time.byMonth<=2) {

北航惯性导航综合实验四实验报告

基于运动规划的惯性导航系统动态实验 二零一三年六月十日

实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验 一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。

图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图 如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 1、操作步骤 1）检查电机驱动电源（24V） 2）检查USB_PCL6045B 控制板与上位机及电机驱动器间的连接电缆 3）启动USB_PCL6045B 控制板评估测试系统检查系统是否正常工作。 4）运行编写的定长运动程序，并比较实际位移与设定位移。

电力电子实验报告

实验题目：MPD-15实验设备《电力电子技术》班级：自动化1405 姓名：KZY 学号：0901140450X 指导老师：XXX

实验一、三相脉冲移相触发电路 1.实验目的：熟悉了解集成触发电路的工作原理、双脉冲形成过程及掌握集成触发电路的 应用。 2.实验内容：集成触发电路的调试及各点波形的观察与分析。 3.实验设备：YB4320A型双线示波器一台；万用表一块；MPD-15实验设备中“模拟量可逆 调速系统”控制大板中的“脉冲触发单元”。 4.实验接线：见图1 图1 该实验接好三根线：即SZ与SZ1，GZ与GND，U GD与U CT连接好就行了。 5.实验步骤： （1）将实验台左下方的三相电源总开关QF1合上；（其它开关和按钮不要动） （2）将模拟挂箱上左边的电源开关拨至“通”位置，此时控制箱便接入了工作电源和三相交流同步电源U sa U sb U sc (注：U sa U sb U sc 与主回路电压：U A16 U B16 U C16相位一致)。 （3）将模拟挂箱上正组脉冲开关拨至“通”位置，此时正组脉冲便接至了正组晶闸管。 （4）用示波器观察U sa U sb U sc孔的相序是否正确，相位是否依次相差120°（注：用示波器的公共端接GND孔，其它两信号探头分别依次检查三个同步信号）。 （5）触发器锯齿波斜率的整定 （6）触发器相位特性整定：

实验二三相桥式整流电路的研究 一、实验目的 1、熟悉三相桥式整流电路的组成、研究及其工作原理。 2、研究该电路在不同负载（R、R+L、R+L+VDR）下的工作情况，波形及其特性。 3、掌握晶体管整流电路的试验方法。 二、实验设备 1、YB4320A型双线示波器一台 2、万用表一块 3、模拟量挂箱一个 4、MPD-08试验台主回路 三、实验接线 1、先断开三相电源总开关QF1； 2、触发器单元接线维持实验一线路不变； 3、主回路接线按图5进行。 A N0 图5 三相桥式整流电路（虚线部分用导线接好） 四、实验步骤（注意：根据表1中 所对应的Uct数据来调节Uct大小）

北航惯性导航大作业

惯性导航基础课程大作业报告（一）光纤陀螺误差建模与分析 班级：111514 姓名： 学号 2014年5月26日

一.系统误差原理图 二.系统误差的分析 （一）漂移引起的系统误差 1. εx ，εy ，εz 对东向速度误差δVx 的影响 clc;clear all; t=1:0.01:25; g=9.8; L=pi/180*39; Ws=2*pi/84.4*60; Wie=2*pi/24; R=g/(Ws)^2; e=0.1*180/pi; mcVx1=e*g*sin(L)/(Ws^2-Wie^2)*(sin(Wie*t)-Wie*sin(Ws*t)/Ws); mcVx2=e*((Ws^2-(Wie^2)*((cos(L))^2))/(Ws^2-Wie^2)*cos(Ws*t)-(Ws^2)*((sin(L))^2)*cos(Wi e*t)/(Ws^2-Wie^2)-(cos(L))^2); mcVx3=(sin(L))*(cos(L))*R*e*((Ws^2)*cos(Wie*t)/(Ws^2-Wie^2)-(Wie^2)*cos(Ws*t)/(Ws^2-Wi e^2)-1); plot(t,[mcVx1',mcVx2',mcVx3']); title('Ex,Ey,Ez 对Vx 的影响'); xlabel('时间t'); ylabel('Vx(t)'); 0,δλδL ,v v δδ

legend('Ex-mcVx1','Ey-mcVx2','Ez-mcVx3'); grid; axis square; 分析：εx，εy，εz对东向速度误差δVx均有地球自转周期的影响，εx，εy还会有舒勒周期分量的影响，其中，εy对δVx的影响较大。 2.εx，εy，εz对东向速度误差δVy的影响 clc;clear all; t=1:0.01:25; g=9.8; L=pi/180*39; Ws=2*pi/84.4*60; Wie=2*pi/24; R=g/(Ws)^2; e=0.1*180/pi; mcVy1=e*g*(cos(Wie*t)-cos(Ws*t))/(Ws^2-Wie^2); mcVy2=g*sin(L)*e/(Ws^2-Wie^2)*(sin(Wie*t)-Wie/Ws*sin(Ws*t)); mcVy3=g*cos(L)*e/(Ws^2-Wie^2)*(sin(Wie*t)-Wie/Ws*sin(Ws*t)); plot(t,[mcVy1',mcVy2',mcVy3']); title('Ex,Ey,Ez对Vy的影响'); xlabel('时间t'); ylabel('Vy(t)'); legend('Ex-mcVy1','Ey-mcVy2','Ez-mcVy3'); grid; axis square;

实验报告-电力电子仿真实验

电力电子仿真实验 实验报告 院系：电气与电子工程学院 班级：电气1309班 学号： 1131540517 学生姓名：王睿哲 指导教师：姚蜀军 成绩： 日期：2017年 1月2日

目录 实验一晶闸管仿真实验 (3) 实验二三相桥式全控整流电路仿真实验 (6) 实验三电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验 (18) 实验四单相交-直-交变频电路仿真实验 (25) 实验五VSC轻型直流输电系统仿真实验 (33)

实验一晶闸管仿真实验 实验目的 掌握晶闸管仿真模型模块各参数的含义。 理解晶闸管的特性。 实验设备：MATLAB/Simulink/PSB 实验原理 晶闸管测试电路如图1-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT 为晶闸管阳极与阴极间电压。 图1-1 晶闸管测试电路 实验内容 启动Matlab，建立如图1-2所示的晶闸管测试电路结构模型图。

图1-2 带电阻性负载的晶闸管仿真测试模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3、1-4、1-5所示。 图1-3 交流电压源模块参数

图1-4 晶闸管模块参数 图1-5 脉冲发生器模块参数 固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为5V，周期与电源电压一致，为0.02s（即频率为50Hz），脉冲宽度为2（即7.2o），初始相位（即控制角）设置为0.0025s（即45o）。 串联RLC分支模块Series RLC Branch与并联RLC分支模块Parallel RLC Branch的参数设置方法如表1-1所示。 元件串联RLC分支并联RLC分支 类别电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻R0inf R inf0 单个电感0L inf inf L0 单个电容00C inf inf C

GPS实验报告

实验一 GPS静态定位数据采集 一、实验目的和要求 1. 练习GPS天线的整平、对中、安装； 2. 练习GPS接收机静态系统配置与连接； 3. 了解GPS接收机静态系统参数设置； 4. 掌握GPS接收机测站信息采集与设置； 5. 熟悉GPS接收机静态数据采集观测信息评价方法 6.通过课程实验，加深对卫星导航定位基本理论的理解，提高综合创新能力。熟练 掌握GPS仪器设备的使用方法，并且能独立完成GPS数据后处理工作，得到可靠的点位坐 标 二.实验仪器 1.华测X90接收机一台 2.脚架一个 3.电池一个 4.基座一个 5.2米钢尺一把 三．实验内容 1.认识华测X90 GPS接收机的各个部件。 2.掌握GPS接收机各个部件之间的连接方法。 3. 熟悉GPS接收机前面板各个按键的功能。 4. 熟悉GPS接收机后面板各个接口的作用。 5.学会使用GPS接收机查看天空GPS卫星的分布状况、PDOP值以及测站经纬度。 6.学会使用GPS接收机采集数据，并给采集的数据编辑文件名；学会GPS接收机天线 高的输入方法。 四.实验步骤 1、GPS接收机安置 a). 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线； b).天线用脚架直接安置在测量标志中心的垂线方向上，对中误差应≤3mm。 天线应整平，天线基座上的圆气泡应居中； c).天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。对于定向标志不明 显的接收机天线，可预先设置标记。每次应按此标记安置仪器。 d)每时段开机前，作业员应先量取天线高,结束后再量一次天线高，取平均值作为该观测时段的天线高 2.华测GPS X90的使用 a)按下电源键开始观测 b）常按切换键直至切换到静态观测 c）各接受机同时开始观测，观测45分钟左右，关机结束观测任务，整理仪 器

《电力电子技术》实验报告-1

河南安阳职业技术学院机电工程系电子实验实训室（2011.9编制） 目录 实验报告一晶闸管的控制特性及作为开关的应用 (1) 实验报告二单结晶体管触发电路 (3) 实验报告三晶闸管单相半控桥式整流电路的调试与分析（电阻负载） (6) 实验报告四晶闸管单相半控桥式整流电路的研究（感性、反电势负载） (8) 实验报告五直流-直流集成电压变换电路的应用与调试 (10)

实验报告一晶闸管的控制特性及作为开关的应用 一、实训目的 1．掌握晶闸管半控型的控制特点。 2．学会晶闸管作为固体开关在路灯自动控制中的应用。 二、晶闸管工作原理和实训电路 1．晶闸管工作原理 晶闸管的控制特性是：在晶闸管的阳极和阴极之间加上一个正向电压（阳极为高电位）；在门极与阴极之间再加上一定的电压（称为触发电压），通以一定的电流（称为门极触发电流，这通常由触发电路发给一个触发脉冲来实现），则阳极与阴极间在电压的作用下便会导通。当晶闸管导通后，即使触发脉冲消失，晶闸管仍将继续导通而不会自行关断，只能靠加在阳极和阴极间的电压接近于零，通过的电流小到一定的数值（称为维持电流）以下，晶闸管才会关断，因此晶闸管是一种半控型电力电子元件。 2．晶闸管控制特性测试的实训电路 图1.1晶闸管控制特性测试电路 3．晶闸管作为固体开关在路灯自动控制电路中的应用电路 图1.2路灯自动控制电路 三、实训设备（略，看实验指导书）

四、实训内容与实训步骤（略，看实验指导书） 五、实训报告要求 1．根据对图1.1所示电路测试的结果，写出晶闸管的控制特点。记录BT151晶闸管导通所需的触发电压U G、触发电流I G及导通时的管压降U AK。 2．简述路灯自动控制电路的工作原理。

北航惯性导航综合实验四实验报告

基于运动规划的惯性导航系统动态实验 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

二零一三年六月十日 实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

电力电子实验报告

南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：一、实验项目名称：锯齿波同步移相触发电路实验

接于“7”端。注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。 观察“3”~“5”孔波形及输出电压U G1K1的波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压U3与U5的对应关系。 3．调节脉冲移相范围 将MCL—18的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub（即调RP），使α=180O，其波形如图4-4所示。 调节MCL—18的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，α=180O，Uct=Umax时，α=30O，以满足移相范围α=30O~180O的要求。 4．调节Uct，使α=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压U G1K1，U G2K2的波形，并标出其幅值与宽度。 用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察U G1K1和U G3K3的波形，调节电位器RP3，使U G1K1和U G3K3间隔1800。 七、实验报告 1、观察波形 ⑴、“1”、“2”孔波形

⑵、“3孔波形” ⑶、“4”孔波形

⑸、U G1K1波形

2、调节脉冲移相范围 ⑴U2、U5波形

⑵、U G1K1、U G2K2波形 ⑶、U G1K1、U G3K3波形

卫星导航定位实验报告

China University of Mining and Technology 《卫星导航定位算法与程序设计》 实验报告 学号： 07122825 姓名：王亚亚 班级：测绘12—1 指导老师：王潜心/张秋昭/刘志平 中国矿业大学环境与测绘学院 2015-07-01

实验一编程实现读取下载的星历 一、实验要求： 读取RINEX N 文件，将所有星历放到一个列表（数组）中。并输出和自己学号相关的卫星编号的星历文件信息。读取RINEX O文件，并输出指定时刻的观测信息。 二、实验步骤： 1、下载2014年的广播星历文件和观测值文件，下载地址如下： ftp://https://www.wendangku.net/doc/848796700.html,/gps/data/daily/2014/ 2、要求每一位同学按照与自己学号后三位一致的年积日的数据文件和星历文件，站点的选择必须选择与姓氏首字母相同的站点的数据，以王小康同学为例，学号：07123077，需下载077那天的数据。有些同学的学号365<后三位 <730，则取学号后三位-365，以姜平同学为例：学号10124455，下载455- 365=90 天的数据，有些同学的学号730<后三位<=999，则取学号后三位-730，以万伟同学为例：学号：07122854，则下载854-730 = 124天的数据。可以选择wnhu0124.14n wnhu0124.14o 根据上述要求我下载了2014年第95天的数据，选择其中的wsrt0950.14n和wsrt0950.14o星历文件。指定时刻（学号后五位对应在年积日对应的秒最相近时刻）的观测值信息如张良09123881，后五位23881，取23881-3600*6= 2281秒，6点38分01秒，最近的历元应该是6点38分00秒的数据。根据计算与我最接近的观测时刻为2014年4月5日6点20分30.00秒。 3、编程思路： 利用rinex函数读取星历文件中第14颗卫星的星历数据并输出显示。对数据执行762次循环找到对应的2014年4月5日6点20分30.00秒，并输出观测值。 4、程序运行结果：

北航惯性导航综合实验一实验报告

实 验一 陀螺仪关键参数测试与分析实验 加速度计关键参数测试与分析实验 二零一三年五月十二日 实验一陀螺仪关键参数测试与分析实验 一、实验目得 通过在速率转台上得测试实验,增强动手能力与对惯性测试设备得感性认识；通过对陀螺仪测试数据得分析,对陀螺漂移等参数得物理意义有清晰得认识,同时为在实际工程中应用陀螺仪与对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。 二、实验内容 利用单轴速率转台,进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验与陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。 三、实验系统组成 单轴速率转台、MEMS 陀螺仪(或光纤陀螺仪)、稳压电源、数据采集系统与分析系统。

四、实验原理 1.陀螺仪原理 陀螺仪就是角速率传感器,用来测量载体相对惯性空间得角速度，通常输出与角速率对应得电压信号。也有得陀螺输出频率信号(如激光陀螺）与数字信号（把模拟电压数字化)。以电压表示得陀螺输出信号可表示为: (1-1）式中就是与比力有关得陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力得影响,本实验不考虑此项误差。因此，式（１－１）简化为 (１-2）由（１－2）式得陀螺输出值所对应得角速度测量值: (1－3) 对于数字输出得陀螺仪,传感器内部已经利用标度因数对陀螺仪模拟输出进行了量化,直接输出角速度值,即： （１－4）就是就是陀螺仪得零偏，物理意义就是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对应得角速度。且 (１-5) 精度受陀螺仪标度因数、随机漂移、陀螺输出信号得检测精度与得影响。通常与表现为有规律性,可通过建模与补偿方法消除,表现为随机特性,可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定与就是实现角速度准确测量得基础。 五、陀螺仪测试实验步骤 1)标度因数与零偏测试实验 ａ、接通电源，预热一定时间; b、陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据;

电力电子实验报告

实验一、直流斩波电路的性能研究 一、实验目的 1．熟悉降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理。 2．掌握这两种基本轿波电路的工作状态及波形情况。 二、实验项目 降压型（Buck）斩波电路性能研究。 三、实验原理 3.1 实验原理图 降压斩波电路 四、实验步骤及方法 1.熟悉各个模块的功能，检査控制电路和主电路的电源开关是否为关闭状态。 2.按照实验原理图进行接线。 3.对 PWM 控制模块依次进行如下设置： a 调节“幅值调节”旋钮，向左旋转至最小。 b“控制方式”开关拨为开环。 c“载波频率”设置为 20K。 d“输出模式”开关拨为模式 1。 4.打开底柜 24V 和 15V 电源，将 PWM 控制模块的开关拨为 ON，用示波器分别观察载波（三角波）和 PWM 信号的波形，记录其波形、频率和幅值。调节“幅值调节”旋钮，观察 PWM 信号的变化情况。 5.斩波电路的输入直流电压 Ui 由底柜的可调直流源给出，观察 Ui 波形，记录其平均值。

6.接通主电路和控制电路的电源。调节“幅值调节”旋钮，改变 PWM 波的占空比，观测输出电压 U o 波形。分别记录几组 PWM 信号占空比α, U i 、U o 的平均值。 五、实验结果 1.Vi=50V时，D=19.04%，输出电压波形如下图所示，由图知，Vo=8.8V，Vo理论值=Vi*D=9.52V。 2.Vi=40V时，D=66.94%，输出电压波形如下图所示，由图知，Vo=20V，Vo理论值=Vi*D=26.776V。 六、结果分析 将降压斩波电路中实际输出电压与理论分析结果逬行比较, 讨论产生差异的原因。 答：实际上斩波电路会由于输出端使用电容滤波，而造成输出电压与理论值不同。

三相桥式全控整流电路实验报告

三相桥式全控整流电路实 验报告 Prepared on 24 November 2020

实验三三相桥式全控整流电路实验 一．实验目的 1．熟悉MCL-18, MCL-33组件。 2．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。 二．实验内容 1．MCL-18的调试 2．三相桥式全控整流电路 3．观察整流状态下，模拟电路故障现象时的波形。 三．实验线路及原理 实验线路如图3-12所示。主电路由三相全控整流电路组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。 四．实验设备及仪器 1．MCL—Ⅱ型电机控制教学实验台主控制屏。 2．MCL-18组件 3．MCL-33组件 4．MEL-03可调电阻器（900） 6．二踪示波器 7．万用表 五．实验方法 1．按图3-12接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。 （1）打开MCL-18电源开关，给定电压有电压显示。

（2）用示波器观察MCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o 的幅度相同的双脉冲。 （3）用示波器观察每只晶闸管的控制极、阴极，应有幅度为1V —2V 的脉冲。注：将面板上的Ublf 接地（当三相桥式全控整流电路使用I 组桥晶闸管VT1~VT6时），将I 组桥式触发脉冲的六个琴键开关均拨到“接通”， 琴键开关不按下为导通。 （4）将给定输出Ug 接至MCL-33面板的Uct 端，在Uct=0时，调节偏移电压Ub ，使=90o 。(注：把示波器探头接到三相桥式整流输出端即U d 波形, 探头地线接到晶闸管阳极。) 2．三相桥式全控整流电路 （1） 电阻性负载 按图接线，将Rd 调至最大450 (900并联)。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压U uv 、U vw 、U wu ，从0V 调至70V(指相电压)。调节Uct ，使 在30o ~90o 范围内变化，用示波器观察记录=30O 、60O 、90O 时，整流电压u d =f （t ），晶闸管两端电压u VT =f （t ）的波形，并记录相应的Ud 和交流输入电压U 2 数值。 30° 60° 90° 3．电感性负载 按图线路，将电感线圈(700mH)串入负载，Rd 调至最大(450)。 调节Uct ，使 在30o ~90o 范围内变化，用示波器观察记录=30 O 、60O 、90O 时，整流电压u d =f （t ），晶闸管两端电压u VT =f （t ）的波形，并记录相应的Ud 和交流输入电压U 2 数值。 30° 60° 90°