《导航》课件-06MEMS陀螺仪校准及故障检修

课前回顾：1.什么是科氏力？2.MEMS陀螺仪测角速度原理是怎样的？为啥多旋翼无人机飞控里的陀螺仪需要校准？导入新课：123R1陀螺仪校准方法及故障检修1．陀螺仪误差种类2.陀螺仪温漂特性3．陀螺仪数据校准方法4.陀螺仪故障检修课时：2学时教学目标：1.了解陀螺仪误差；2.熟悉陀螺仪校准方法。知识目标：教学目标：1.会进行陀螺仪的校准；2.会对陀螺仪进行故障检修能力目标：素质目标：1.具有严谨细致的工作作风；2.有一定的创新思维。R1.1陀螺仪的误差种类

MEMS惯性器件的误差一般分成两类：系统性误差和随机误差。系统性误差本质就是能找到规律的误差，所以可以实时补偿掉，主要包括常值偏移、比例因子、轴安装误差等。但是随机误差一般指噪声，无法找到合适的关系函数去描述噪声，所以很难处理。一般采用时间序列分析法对零点偏移的数据进行误差建模分析，可以用卡尔曼滤波算法减小随机噪声的影响。

从物理意义和误差来源分，也可以把MEMS陀螺仪漂移分为常值漂移、角度随机游走、速率随机游走、量化噪声和速率斜坡等。R1.2陀螺仪温漂特性

MEMS的陀螺仪的零偏是会受到环境温度的影响产生变化的。温度变化了，解算的姿态角数据有偏差，根本原因是上电校准的零偏数据不能再用了。下图为陀螺仪在静止状态下，温度变化时，陀螺仪三个轴向的测量数据变化趋势，由图可以看出，当温度逐渐上升时，三个轴向的数据都向递增的方向偏移。R1.2陀螺仪温漂特性

解决方法：

一种是传感器数据保持恒温输出；

另外一种就是事先进行温飘标定。

不过，这种方法也较为麻烦，比如飞控量产时，需要每一个都这么做；其次是时间长了，标定会有偏差。R1.3.1陀螺仪误差模型R1.3陀螺仪校准

目前大多数的陀螺校准其实就是去掉零点偏移量，采集一定的数据求平均，这个平均值就是零点偏移，后续飞控所读的数据减去零偏即可。R1.3.2校准方法R1.3陀螺仪校准(1)陀螺仪的误差校准主要是处理确定性误差，主要是零偏、比例因子、安装误差等，尤其是零偏的处理，会影响到姿态估计的准确性；(2)去零偏时，最好先让陀螺仪处于水平静止状态，再进行校准处理；(3)陀螺仪的温漂也需要进行处理，使其适应各种温度环境下的飞行；(4)至于滤波，看具体情况，一般450轴距的飞行器，滤波带宽设置成30hz即可，普通的一阶低通滤波器即可满足需求。R1.4故障检修（1）由于无人机桨叶转速快，且桨叶材质较硬，旋转的桨叶会给人员造成很大的伤害，因此检修前一定要将桨叶拆除，千万不要带桨操作。（2）检修前准备好相关的工具盒和材料盒，做好工具三清点工作，拆卸下来的垫片、螺母、桨叶等要摆放好。（3）拆除无人机的动力电池。（4）排故前，确保飞控正确安装。R1.3.1检修前的工作R1.4故障检修（1）Gyrosnothealthy：这是由于陀螺仪数据跳动比较厉害，且数值不在量程范围内或者没有数据输出。可能的原因是Pixhawk飞控中的MPU6000芯片存在硬件问题，或者是飞控上电时没有处于静止状态，从而导致报错。解决方案如下：

将无人机放平且让其保持静止不动，然后重新上电等待一段时间，让陀螺仪进行自校准。如果飞控状态指示灯红蓝交替闪烁几秒钟，表示陀螺仪正在进行校准。R1.3.2常见故障类型及检修方法R1.4故障检修（2）Gyrocalfailed：这个故障的原因一般是上电时，即在飞控状态灯红蓝灯闪烁时，飞控突然掉电所致；另外还有可能是陀螺仪测量的数据超过限值。

解决方案是查找飞控掉电原因，并确保飞控供电不受影响，然后将无人机重新放平，并重新上电。R1.3.2常见故障类型及检修方法R1.4故障检修（3）Gyrosinconsistent：这是由于飞控上的2个陀螺仪的旋转角速度相差20度/秒以上导致的，可能的原因是其中一个陀螺仪硬件出现故障，或者是陀螺仪标定不正确。解决方案如下：

将无人机放平，重新上电校准；

如果是硬件出现故障，则需要按照第一步的方法进行排故。R1.3.2常见故障类型及检修方法