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【神经网络补偿压电陀螺零位温漂】技术是一种针对中低精度压电陀螺在不同温度下静态零位输出严重漂移问题的解决方案。压电陀螺因其小巧、低功耗、高可靠性等特点被广泛应用在姿态测量、航空航天等领域。然而,在温度变化较大的环境中,压电陀螺的静态零位输出会出现显著的非线性误差,这对精度要求较高的应用构成了挑战。 传统的解决办法包括温控法(恒温法),即保持陀螺工作环境温度恒定在最优工作状态,但这在实际操作中可能难以实现,尤其是在恶劣环境下。因此,研究者提出了利用**BP神经网络**进行补偿的方法。BP神经网络是一种反向传播算法,具有强大的非线性映射能力,能够学习并模拟复杂的数据关系。 在本研究中,通过实验分析了压电陀螺零位输出随温度漂移的原因,并构建了BP神经网络模型。该模型能够根据温度变化预测和补偿陀螺的零位输出误差。实验结果显示,这种方法在不改变陀螺原有结构的前提下,能显著降低静态零位温漂误差,提升至少一个数量级,从而使得中低精度的压电陀螺也能满足中高精度系统的应用需求。 BP神经网络的工作原理是通过迭代调整网络中权重和偏置,以最小化预测输出与实际输出之间的误差。在网络训练完成后,可以输入当前温度数据,网络会输出相应的补偿值,用以修正陀螺的测量结果,确保其在不同温度下的稳定性和准确性。 总结来说,采用神经网络补偿技术对于解决压电陀螺的温度敏感性问题提供了有效的途径。通过BP神经网络的非线性映射特性,能够在无法严格控制环境温度的情况下,依然保持压电陀螺的测量精度,拓展了其在严苛环境中的应用潜力。这一方法对于提高压电陀螺的稳定性和精度,特别是在军事和航空航天等领域的应用,具有重要的理论和实践意义。
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采用神经网络补偿压电陀螺的零位温漂潘英俊,等
采用神经网络补偿压电陀螺的零位温漂
潘英俊,邱建勋,刘宇,黎蕾蕾
(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室
重庆,400044)
摘要:针对中低精度的压电陀螺静态零位输出随温度漂移严重的问题,分析了产生的原因,做
了相应的实验,提出了用BP神经网络进行补偿的方法。该方法具有很强的非线性映射能力,减少压
电陀螺的零位输出误差,并且将实验结果与传统的方法的结果进行比较,实验证明,在不改变陀螺结
构的情况下,该方法能有效地将陀螺的静态零位温漂误差减小一个数量级以上,从而使该类型陀螺能
够应用于中高精度系统中。
关键词:压电陀螺;温度补偿;BP神经网络;建模
Abstract:In
the
view
of
serial
temperature
excursion
of
piezoelectricity
gyro,we
analysis
the
rea—
son
for
temperature
excursion,do
the
experiment,and
propose
the
way
of
BP
neural
network
to
corn-
pensate
the
temperature
excursion.This
method
is
very
functional
in
non—linear
mapping
and
it
could
reduce
the
output
error
of
piezoelectricity
gyro,we
compare
the
result
with
the
result
of
traditional
method,it
is
proved
by
the
experiment
that
this
method
could
reduce
the
gyro’S
static
bias
tempera—
ture
output
error
at
least
1
order
even
we
do
not
change
the
gyro’S
structure,SO
it
could
apply
this
type
of
gyro
to
media--high
accuracy
system.
Key
words:
Piezoelectricity
gyro;Temperature
compensation;
BP
neural
network;
Modeling
中图分类号:TPl83
文献标识码:A
文章编号:1001--9227(2006)04一0014一04
0引
言
目前的陀螺种类有很多,最早出现的是机械陀
螺,但是它的零件比较多,结构复杂,以后发展到压
电陀螺、光纤陀螺、激光陀螺等。压电陀螺是一种固
态陀螺,它体积小、重量轻、低功耗、寿命长、可靠
性高、成本低、机构简单,可以方便组合成双轴三轴
和惯性组合仪表。目前主要应用于中精度的姿态测量
控制、航空航天、医疗器械、地质勘探等角运动测量
系统。
经过试验测试该压电陀螺常温时效果很好,非线
性误差很小,陀螺的输出与角速度成正比。但是,当
该压电陀螺应用于军事领域时,对陀螺的稳定性,精
度和工作条件提出了更高的要求,温度的要求在--40
到+50℃。试验表明该中低精度的压电陀螺在常温静
止时输出的值不为零,并且随着温度的变化,输出电
压与温度之间呈现出了非线性的特征,这给陀螺的应
用带来了不便。因此,如何标定中精度的压电陀螺的
零位输出电压,减少其误差就成了提高压电陀螺精度
的关键。解决目前该问题有两种方法,第一种是采用
温控法,也可以称为恒温法,首先选择陀螺工作的最
佳工作温度,然后再让陀螺所处环境温度保持恒定;
收稿日期:2006--02—10
14
第二种是采用补偿的办法,采用数学的方法,建立相
应的温度模型,用软件的办法来补偿压电陀螺的零位
温漂。在实际的军事应用中,往往条件非常恶劣,很
难让陀螺一直处于最佳温度,采用加热方法也需要很
长的时间,还要采用其它的相关设备,因此要想采用
恒温法很困难。本文采用BP神经网络来解决上述的
问题。
1压电陀螺
1.1压电陀螺的基本原理
压电陀螺又称为压电角速度传感器,是一种新型
的导航仪器,多采用振梁结构形式,结构图如图1所
示。它有一根横截面近似方形的金属梁,在梁上贴四
个压电换能器,金属梁换能器用高机电耦合系数的陶
瓷材料制作。在驱动换能器上输入电信号,借助逆压
电效应使金属梁产生弯曲振动。梁内任意点的速度为
v。,若梁同时又以角速度∞。绕z轴转动,则梁内各
点将受到科氏力作用F一一m(z毗×Vx)。这个振动
通过正压电效应使读出换能器输出电信号,信号的幅
度与角速度成正比,故可以用来确定角速度的大小。
1.2压电陀螺的温度误差分析
陀螺的输出在常温下几乎只与角速度有关,但是当
温度范围比较宽时,例如在军事上要求为~50~80℃
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