MEMS加速度传感器的自动校准平台（3） 加速度, 传感器, 影响

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其中，Kp、Tp、Td分别为比例、积分、微分环节的系数，uo为初始状态。
但是，系统输入环节中存在大量的脉冲信号，取一小段时间片来看，可以认为有大量阶跃信号。由于在PID控制环节存在导数项，使得输出信号中包含冲击函数，而输出突变对于系统控制性能的影响是不容忽视的。为了解决输出突变导致系统控制性能下降的问题，在前向通路中仅保留积分环节，而把比例和微分环节移入反馈通路中，其结构框图如图7所示。由于输入信号仅出现在积分控制环节中，PID控制器的输出突变问题得以解决。


图7中的控制器输出信号U(s)可表示为：


为了便于计算机采样，对上式进行离散化处理，采样周期为T，采样序列编号从0到N，积分变成求和，微分变为增量，从而有以下PID控制模型：

4 抗干扰设计
考虑到现场电器设备的启动和关闭而产生的电磁干扰、热源的影响以及平台的振动，必须对校准平台进行抗干扰设计。
4．1 硬件抗干扰
如图3所示，在电源与地之间并联0．1μF的滤波电容，以抑制开关电源的噪声。传感器金属外壳接地，同时其下方的电路板作覆铜处理，以抑制电磁干扰。为了避免外界对传感器内部热场的扰动，电机、驱动器、电源电路等可能的热源都设计安放在距离传感器较远的区域。支承轴下端安装减震垫来削弱调平过程中平台振动对传感器的影响。
4．2 软件抗干扰
对信号进行低通滤波，降低系统带宽，能够降低传感器输出噪声，提高系统的信噪比。同时采用冒泡法对一次性接收到的11组数据进行排序，取中间的5组数据再做滑动平均，可以有效抑制随机噪声。针对平台振动对传感器的干扰，电机在单次基座调整后延时一段时间再进行下一次转动。
5 实验与分析
通过模拟各种倾斜姿态，对校准平台的性能进行了测试。当平台倾角较大时，根据先前设定的控制算法，为使基座尽快达到水平，电机快速转动，系统开始粗调，此时平台出现短时间颤动。特别是当电机每次转动超过30步时，现象较为明显，导致显示器中的倾角读数小幅跳变。修改电机控制程序使其每次最大转动的步数不超过10步，并且间隔时间略微延长，振动现象得以缓解。当倾角小于5°后，系统自动切换到细调模式，电机转速下降，平台稳定无振动，直至到达水平位置后系统锁定。表2中列举了不同倾角下的调平时间，可以看出，当平台倾角小于20°时，系统调平时间不超过40 s。