惯性导航教学实验系统 3DM-GD30

概述

惯性导航教学实验系统（ZH-GD30）配备三轴电动转台（含控制器）、惯性测量单元（IMU）及测控计算机系统，其中采用的惯性测量单元，由九轴惯性测量组合，包含三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁强计传感器，能满足导航、制导与控制专业的学生了解惯性导航原理、飞行控制原理，有助于学生理解、熟悉、掌握惯性导航/航向姿态/运动状态采集的原理、技术及其应用，也可以满足其它专业的科研和教学的使用。还可设计开发各类飞行器、车辆、船舶、机器人、工程机械、穿戴式等各类运动载体测量及控制的创新实验。

特点

（1）安全性高，采用多项保护和安全措施，使得能够在学生实验过程中的安全性；

（2）采用专用配套的惯性测量单元，集成度高，包含了各类惯性导航相关的传感器；

（3）实验内容覆盖全面，从单一运动传感器实验到所有运动传感器融合的综合实验；

（4）可为课程教学设置和培养目标量身定制相关实验系统，提供全面的相关教学和实验配套服务，提高教学效果，减轻教师的负担；

（5）系统集成了多种模型，能够完成各个学科，包括航天，航空，航海，陆地等载体的惯性导航实验项目。

三轴电动转台（含控制器）、惯性测量单元（IMU）及测控计算机系统及电源电缆、产品配套软件、实验指南及使用说明书。

技术参数

1）三轴电动转台（TT-3DM-2E-10）

三轴电动转台采用UOO形铝合金框架结构，由内环横滚轴框架、中环俯仰轴框架和外环偏航轴框架组成相互垂直的三维旋转坐标系，控制接口连接上位计算机实现各框架的闭环控制，测量接口连接上位计算机完成同步惯性测量单元测量。

1 内框（主轴） 2 装载面 3 支撑耳 4 紧定螺钉

5. 外框（俯仰轴）6 保护罩 7 CZ1插座 8 转台底座

2）面板功能

（2.1）前面板

“启动”和“停止”按钮：加电和断电操作。

（2.2）后面板

“ON/OFF”开关：转台供电开关（交流电~220V）； “控制接口”串口1：通过电缆和测控计算机的COM1口连接； “测量接口”串口2：通过电缆和测控计算机的COM2口连接； “AC 220”插座：交流220输入。

（2.3）上面板

水平气泡：用于转台调平指示。

3）测控计算机测控计算机是系统的主控计算机，用于系统测试和控制，编制的专用测控软件都安装在该计算机系统中。测控计算机配置要求：主频：1.6G，内存容量：2G，硬盘容量：500GB/7200转，集成显卡（或独立显卡），光驱类型：DVD-ROM，操作系统：Windows 7/Windows 10。
4）惯性测量单元惯性测量单元 IMU-E20A 是一款微型的全姿态测量传感装置，它由三轴 MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计、三轴磁阻型磁强计等三种类型的传感器构成。三轴陀螺用于测量载体三个方向的绝对角速率，三轴加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，主要作用是感知系统的水平方向的倾斜，并用于修正陀螺在俯仰和滚动方向的漂移，三轴磁阻型磁强计测量三维地磁强度，用于提供方向角的初始对准以及修正航向角漂移。惯性测量单元IMU-E20A可提供的输出数据有：原始数据、四元数、姿态数据等。

输出数据格式：原始数据、姿态角、四元数；内部更新率 100Hz；启动时间 < 1 sec；静态角度误差（俯仰、滚动） ± 0.1degree；动态角度误差（俯仰、滚动） ± 2.0degree；静态角度误差（航向） ± 0.5degree；动态角度误差（航向） ± 2degree；航向角分辨率 <0.1degree；加速度计测量范围±2g；加速度计非线性0.2 % ；速率陀螺测量范围±300°/sec ；速率陀螺非线性0.2 %； 磁力计测量范围±1.3 Gauss；磁力计非线性0.4 %；
5）测控软件三轴电动转台测控软件是系统配套软件，软件界面主要分四个功能区：参数设置、主显示、控制台、串口状态显示，另外还有一个数据操作功能选项。转台控制软件功能丰富，包括位置模式，速率模式，以及摇摆模式等。能控制转台两个轴分别进行运动。可以设定转台以某一角速率旋转某一角度，也可以操纵转台持续以某一角速率旋转，也可以设定转台以某一幅角摇摆运动。

同时，考虑到实验室安装，调试的准确性，我们还增加了“置水平位”和 “归位”操作，分别能够使转台旋转至初始0度位置，和垂直于水平面的位置。这一功能能够使在学生完成实验之后，统一调整转台至同一姿态，保证实验室整齐整洁。 6）实验软件设计的实验平台软件界面简洁，运行高效稳定，操作简单实用。同时软件还可以进行了大量的数据采集操作，以固定步长采集IMU输出的数据，并将这些数据写入文本文件和excel文件中，便于学生使用matlab和excel进行数据处理和姿态解算等操作。考虑到软件的实用性，软件中还可以自行设置步长以及自主选择模型，共10种实物模型和1种简单模型。包括：航空，航天，航海，陆地以及立方体模型。