六维加速度传感器能测量完整的空间加速度信息, 在高端装备等领域应用前景广, 但目前该类系统在大扰动下解耦机理不明确。该文以Stewart型六维加速度传感器为例, 通过挖掘系统输出量间的协调关系, 构建了4类双支链故障情况下的自修复算法。研究发现, 算法的漏判率与预设的协调方程阈值有关。试验结果表明, 引入自修复算法后, 在双支链故障下六维加速度传感器的综合解耦误差降低了42%, 满足实时性要求, 即该算法有效、可行。

基于解耦算法研究了并联式六维加速度传感器的误差特性和容错策略。通过引入“辅助角速度”的概念,并借助于四元数将旋转参量扩展至四维空间,得到了两个形式简单的递推公式,实现了六维加速度的完全解耦。通过剖析解耦机理,找到了影响解耦精度的3类误差源,并分析了它们的产生原因。通过构建辅助角速度误差与源误差、输出误差之间的映射关系,推导出了3组基本误差方程的解析表达式,据此揭示了各误差因素的影响规律。仿真试验与数学推导的结果吻合得较好,验证了误差方程及规律的有效性。从尺度约束的角度挖掘出弹性体拓扑构型中隐藏的变形协调条件,推导出了3个力协调方程,由此给出了一种可解决93个组合故障问题的容错处理方案。样机试验结果显示,局部支链出现故障后重构系统的综合解耦误差不超过8.5%,基本满足测量要求,验证了容错处理方案的可行性,同时也表明并联式六维加速度传感器具备一定的鲁棒性。

针对六维加速度传感器的输入、输出量较多，且其动力学方程的解耦参数难以辨识的问题，提出了“四步法”对并联式六维加速度传感器的25个解耦参数实施分组辨识。设计并加工了基于双曲柄滑块机构的标定平台，为参数辨识提供外部激励; 在LabVIEW平台上开发了虚拟仪器，为参数辨识提供软件支持。在静态情况下对预处理后的采集数据求均值得到“零值漂移”，完成第一组参数辨识; 将传感器安装在标定平台上做1~2 Hz的纯线性运动，使动力学模型简化成关于“刻度质量比”的线性代数方程，运用最小二乘法完成第二组参数的辨识; 做1~2 Hz的纯角运动，将动力学模型简化成关于“惯性质量比”的线性代数方程，完成第三组参数的辨识; 做4~5 Hz的纯线性运动，通过关于“刚度质量比”的一维搜索完成第四组参数的辨识。试验结果表明：运用辨识后的参数对六维加速度实施解耦，最大误差为7.479%，比参数辨识前的解耦误差降低了1个数量级。结果验证了基于“四步法”实现并联式六维加速度传感器的参数辨识是有效、可行的。