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盾构姿态测量系统误差分析及补偿

作　者: 蔡海洋
导　师: 朱国力
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 盾构机姿态测量倾角传感器摄像机标定安装误差
分类号: U455.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高精度的、实时的盾构姿态测量是盾构自动导向系统的基础。在本课题组提出的基于CCD的盾构姿态测量方案的基础上,本文重点分析姿态测量方案中的误差来源,并对误差补偿方法进行研究。姿态测量方案采用倾角传感器来测量三个姿态角中的俯仰角和滚动角,利用CCD摄像机测量水平角。测量系统的误差来源包括:倾角传感器测量误差、摄像机内部参数引起的误差、倾角传感器与摄像机相对安装误差等。本文通过仿真研究,分析了各种误差对姿态角测量精度的影响,确定了各传感器精度指标。针对倾角传感器误差,本文建立了测量误差和环境温度、测量值之间的高次曲线模型,并通过实验测得样本点误差数据,采用最小二乘优化出模型参数,最终获得传感器的误差补偿公式,提高了滚角和俯仰角测量精度。对于光学系统产生的误差,本文根据系统特点,利用LCD屏设计了标定模板,利用张正友的摄像机标定方法对摄像机内部参数进行标定,同时根据测量数据对系统焦距进行优化,提高了水平角测量精度。对于传感器与摄像机相对安装误差,本文分析了安装误差对姿态测量的影响,通过实验对安装误差进行标定,并推导了误差补偿算法,有效提高了姿态角的综合测量精度。测量试验表明,通过本文研究的误差补偿方法,姿态测量系统的综合精度达到了要求的精度,为姿态掘进系统姿态角的测量奠定了基础。

盾构姿态测量系统误差分析及补偿

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