基于扩展卡尔曼滤波的吊钩姿态估计技术研究 

针对吊钩运动不定且易受大风、雾气等影响其作业效率问题,提出并实现基于MEMS传感器的吊钩姿态估计系统;建立吊钩三维空间运动模型,消除吊钩扭转影响;通过四元数的扩展卡尔曼滤波算法,对MEMS陀螺仪、加速度计与磁强计进行数据融合,解算得到吊钩三维姿态、摆角与摆向;采用基于视觉检测的吊钩空间姿态为参考基准,对起重机吊钩进行姿态估计验证;实验结果表明:该系统能有效融合MEMS传感器数据,获得高精度的吊钩姿态,实现姿态的实时检测。     

基于MEMS的吊车系统摆角无线测量

提出并实现一种基于微机电系统(MEMS)的吊车系统摆角无线测量方案。测量系统包含2套具有无线通信功能的基于MEMS的航姿参考系统(AHRS)模块,一套安装在吊车本体用于检测吊车本体的空间姿态,另一套安装于吊钩用于检测负载的空间姿态,以吊车本体姿态为基准校核负载的空间姿态,计算得到负载相对吊车本体的空间摆角。对提出的吊车系统摆角测量技术搭建了实验装置进行验证,实验模块集成Zig Bee无线通信和基于MEMS的AHRS。实验结果表明:装置能够有效实现吊车系统摆角的有效测量。     

基于PIC的微小倾转旋翼机辨识建模设计

文中的研究目的是建立倾转旋翼飞机的模型,从而解决倾转旋翼飞机的控制问题.介绍了基于PIC18F单片机和微机械(MEMS)传感器的微小倾转旋翼机纵向通道辨识建模系统设计.其中系统设计采用了实验建模的方法,利用PIC单片机的CCP模块实时捕捉遥控输入信号,利用MEMS传感器实时采集飞行姿态信号,并在MATIAB/SIMULINK环境下进行了仿真.仿真结果表明系统能够准确采集输入和输出数据.通过精密低速转台测速实验,证明该系统工作稳定,精度可靠.实时性较好.     

基于PC/104的摆式列车控制器设计

介绍了摆式列车倾摆控制系统的功能和原理。设计了一种基于PC／104工控机的控制器，实现了对摆式列车倾摆控制系统的控制及信息交换。系统调试结果表明，控制器达到了系统性能要求。为摆式列车的试验及运行提供了一种有效的设备。     

基于单个神经元的摆式列车倾摆系统的自适应控制

摆式列车是当今铁路的高新技术，而倾摆控制技术是列车运行的关键，由于列车是一个时变的，具有诸多不确定因素的复杂非线性系统，所以采用传统的控制方法对摆式列车的倾摆进行控制不能满足要求。本系统采用单个神经元进行自适应控制，仿真研究表明可以满足其实时性及跟踪要求。     

用三维MEMS力学量传感器对涌浪微观形态测量的研究

涌浪的形态对舰船驾驶航行、渔业生产、海洋作业和堤坝设施等具有很大的影响.对海浪的形态研究在军事、水上交通、海洋工业、渔业和民生方面都具有特殊的意义.MEMS力学量传感器是一种环境适应能力极强的微机电器件,用三维MEMS力学量传感器可以测量动态质点的速度、加速度、摆角和倾角等参数.通过三维MEMS力学量传感器的三维参数测量和分解可以得到涌浪质点的实时运动速度和运动轨迹数据,从而为涌浪的微观形态研究提供了依据.MEMS力学量传感器具有体积小、重量轻和输出灵敏度高等特点,特别适合于对海浪实时形态的研究.     

基于CEEMDAN的MEMS加速度计输出信号降噪方法

针对微机电系统(MEMS)加速度计输出信号存在误差,导致高压输电杆塔倾斜监测系统的输出倾角数据精确度不高的问题,提出了一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)联合奇异值分解(SVD)对杆塔的加速度计输出信号降噪方法。利用CEEMDAN对原始加速度计输出信号进行分解,得到一系列模态分量,分别计算其排列熵(PE),筛选出特征分量和含噪特征分量,然后再将需进一步降噪的特征分量通过SVD进行二次滤波,最后将降噪后的特征分量与未处理的特征分量进行叠加即得到降噪后的加速度计输出信号。仿真实验结果表明,所提出的方法可以有效地抑制噪声干扰,通过与扩展卡尔曼滤波和CEEMDAN-PE对比说明该方法滤波效果更好,有效提高了加速度信号分析精度和杆塔倾斜角测量精度。     

一种吊钩摆角远程无线监测系统的设计

起重机吊装作业中吊钩若出现偏摆则可能会造成事故,因此加强吊钩摆角监测十分重要.在充分分析了起重机吊装作业的实际环境,以及对吊钩偏摆监测的应用模式基础上,提出了一种基于微机电系统(MEMS)的吊钩摆角无线测量方案,通过测量吊钩的姿态角与起重机的方位角,建立数学模型,进行融合计算得出吊钩的偏摆角.所设计的系统采用JY901模块作为传感单元,以ZigBee作为无线传感网络,采用3G通信技术将数据传输到云端解析,最后基于B/S模式进行远程监测.该系统易于安装,便于监测,完全适用于起重机现场的作业环境.     

基于预测信号的摆式客车倾摆控制系统PID控制研究

根据滤波后的横向加速度所具有的规律，提出了对横向加速度信号进行预测的方法，运用预测信号来建立倾摆控制的参考输入信号以补偿由于低通滤波造成的滞后，并对倾摆控制系统进行PID控制．研究结果表明：在一定满意度下，利用对横向加速度的预测建立的控制系统的参考输入不仅能够保证控制启停的正确性，而且能保证控制的实时性．     

小波阈值去噪和FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法

为解决MEMS陀螺输出信号中噪声大、随机漂移严重的问题,提出了一种小波阈值去噪和函数系数自回归FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法。采用小波阈值去噪法对MEMS陀螺输出信号去噪,提高其信噪比;为克服常用的自回归AR模型无法解决MEMS陀螺随机漂移存在的非线性问题,引入FAR模型对MEMS陀螺的随机漂移进行建模。实验结果表明,此数据处理方法可有效抑制MEMS陀螺输出噪声,且与AR模型相比,FAR模型能更精确地对MEMS陀螺随机漂移进行建模及预测。     

基于自适应卡尔曼滤波器的MEMS陀螺零点漂移的研究

随机噪声是影响MEMS陀螺精度的一个重要因素。本文基于时间序列分析方法建立MEMS陀螺的随机漂移AR模型后,使用自适应卡尔曼滤波器对信号进行滤波。通过比较陀螺原始信号和自适应卡尔曼滤波后的信号,可以得出结论：自适应卡尔曼滤波器在处理MEMS陀螺零点漂移中具有良好的滤波效果。     

MEMS陀螺仪静态漂移模型与滤波方法研究

针对移动机器人上安装的MEMS陀螺仪进行研究,根据MEMS陀螺仪的实测数据,分析了其噪声特性,采用时间序列分析方法建立MEMS陀螺仪漂移的AR模型,进而通过Kalman滤波降低随机噪声对MEMS陀螺仪精度的影响。仿真结果表明:静态漂移的建模和滤波方法对提高MEMS陀螺仪精度是有效的。     

Analysis and fabrication of a novel MEMS pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback

A new type of sensor to directly detect angular acceleration is essential for inertial and control technology. The above interest motivates us to propose a novel micro electromechanical system (MEMS) pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback. It adopts a proof pendulum with optimized moment of inertia, suspended to dual anchors by a pair of torsion spring beams, as sensing component. A pair of electrodes are designed as differential capacitors to detect the torsional angular of pendulum, then measure input angular acceleration in sensing axis. Another pair of electrodes are designed as electrostatic actuators for feedback control loop. The structure and operating principle of the MEMS angular accelerometer are introduced. Then, the structure kinetics analysis and signal detecting scheme based on differential capacitors are provided in detail, and the sensitivity and resolution of sensor are derived. Compared with the other MEMS angular accelerometers, the proof pendulum with optimized moment of inertia improves sensitivity and resolution of sensor. The electrostatic actuators feedback loop optimizes the dynamic capability and nonlinearity characteristic. The sensor is fabricated by MEMS fabrication technology. The ANSYS simulation and test results prove the validity of the theoretical analyses. The MEMS angular accelerometer can be used in industrial robots and aircraft by further implementing the signal processing electrocircuit.     

基于卡尔曼滤波的陀螺仪降噪处理

针对MEMS陀螺仪输出信号随机漂移误差造成测量精度低的问题,提出了一种基于BP神经网络的卡尔曼滤波降噪模型.基于BP神经网络的基本原理,首先利用BP神经网络对系统进行学习,获得系统状态方程,然后建立了基于BP神经网络的滤波模型,最后应用于卡尔曼滤波对MEMS陀螺仪信号进行降噪.半实物模拟仿真实验表明:基于BP神经网络的卡尔曼滤波后的数据的速率随机游走等系数比原始数据下降6.89倍,验证了本方法的降噪性能优于基本卡尔曼模型,在MEMS陀螺仪的数据处理方面具有一定的应用价值.     

基于HHT的多MEMS陀螺信号融合算法研究

基于经验模态分解方法将多MEMS陀螺信号分解为一列本征模态函数和残差函数,并采用希尔伯特变换求取其瞬时频率和瞬时能量.首先,通过本征模态函数与原信号的非线性相关系数分析来实现MEMS陀螺信号噪声的滤波处理;然后,以非线性相关信息熵作为优化指标,通过选取不同本征模态函数的组合进行加权融合,优化结果能有效地提高信号的测量精度;最后,通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于微流量热导传感器的氢气浓度检测系统研究

对氢气分析仪器中的核心传感器进行研究,采用基于MEMS工艺的微型热导传感器,代替现有分析仪器常用热导池检测器,设计了氢气浓度检测系统机械结构;设计信号调理电路,并在传感器外部设计环境温度控制电路,以实现传感器的恒温检测.传感器输出的微弱信号经测量电桥调理输出,通过集成运算放大器加法、放大运算,最后把标准电压信号送入单片...     

气体检测中基于MEMS技术的近红外光谱仪设计

根据传统近红外光谱仪的不足,利用MEMS微镜设计了近红外光谱仪的光路,并给出了仪器的设计框架,设计了仪器的上位机程序;利用单色仪和29.4%的甲烷气体样品和对样机进行测试,实验结果表明:在10～35℃内,仪器波长稳定性小于2 nm,并能够观测到甲烷在1650 nm附近吸光度约为0.01的吸收峰。MEMS技术应用在近红外光谱仪中,对于气体检测是可行的,并且能够使仪器做到便携式。     

基于MEMS传感器的室内外多源融合导航系统设计

为纠正磁力计的过度偏转行为,使得导航坐标结果更贴合理想预设坐标值,设计基于MEMS传感器的室内外多源融合导航系统。整合多源外接模块电路输出的电量信号,将其分别反馈至MEMS磁力计与微处理器导航元件之中,再根据地图空间定义模块中导航信息数据的传输行为,确定融合信息单元的剩余存储能力,实现多源融合导航系统的硬件结构设计。在此基础上,定义MEMS传感器的实时坐标,通过计算位姿角数值的方式,处理导航点与传感器信息之间的多源融合关系,完成基于MEMS传感器的坐标转换。根据已知的路径节点平移变换原则,得到节点坐标的旋转与缩放结果,完成对导航路径的可视化处理,再结合相关硬件设备结构,实现基于MEMS传感器的室内外多源融合导航系统设计。实验结果显示,与基于降维对偶四元数的导航系统相比,在MEMS传感器作用下,实测角与理想角之间的最大差值只能达到3.7°,能够使得真实导航坐标结果更加贴合理想预设坐标值,符合精准导航的实际应用需求。     

基于MEMS加速度传感器的线阵式长跨度连续位移测量系统设计与实现

随着MEMS加速度传感器技术的发展与大规模应用,为多维度位移测量提供了技术手段.根据MEMS加速度传感器所具有的高精度、高可靠性等技术特点,设计了一种空间结构呈线阵分布规律的、由多个MEMS加速度传感器组成的长跨度位移传感器,为大坝、边坡等大型结构体的水平位移或沉降位移监测提供了一种全新的自动化测量系统.     

便携式光离子化有害气体检测仪的设计

针对室内空气污染源的多样性与传统气体检测器检测种类的单一性的矛盾,设计了一种能够同时检测多种气体的新型便携式光离子化气体检测仪.该检测仪采用了MEMS结构的离子化室和混合信号级微处理器C8051F040,减小了仪器体积,降低了仪器功耗.利用单片机控制电流跨导增益的方法,实现了仪器的双量程数据采集功能,保证了仪器在两个量...