基于三子样和互补滤波的姿态测量算法研究

为了解决陀螺随时间的漂移以及周围环境产生的随机误差的问题,设计了一种基于互补滤波的姿态求解方案,同时通过将三子样算法和互补滤波结合起来使该算法适用于高动态等复杂环境下的姿态测量。该方案采用四元数法对姿态进行描述,经过高精度三轴温控速率转台上的静态实验以及摇摆动态实验,通过对比高精度转台角度值,可以发现互补滤波算法对于精度的提高有明显的效果,有效的将惯性测量单元的数据进行融合。同时由于采用了三子样算法可以满足高动态环境下的姿态测量,确保了系统在各种环境下精确测量。     

基于单片机的两轮平衡车设计

采用单片机MC9S12XS128作为控制器,结合陀螺仪ENC-03、三轴加速度计MMA7260芯片,设计一个运行稳定、体积小、可匀速运动的两轮自平衡车。通过介绍平衡车的平衡原理、系统架构以及软硬件设计,阐明两轮自平衡车的设计要点。最后,通过系统理论分析以及实验测试表明了这种设计方式的合理性和应用的可行性。     

基于STM32的姿态测量系统设计

以无人机航姿测量系统小型化、量轻化为背景,设计了一种基于微惯性单元MEMS的姿态测量系统。系统以STM32F103C8T6为主控制器,通过I2C总线分别采集惯性测量单元MPU6050和数字罗盘HMC5883L的测量数据,利用数据融合算法解算无人机当前姿态。对于MEMS温漂和噪声干扰的问题,提出了一种基于四元数的互补滤波算法,对测量的姿态数据进行补偿修正。实验结果表明,该姿态测量系统简单可靠、性能稳定、精确度高,成功完成了姿态的最优控制。     

一种基于AIKF的姿态测量算法

惯性测量单元中传感器具有较强的非线性和噪声的不确定性,导致使用常规卡尔曼滤波时误差大,容易出现发散,针对此问题,该文提出了一种改进的自适应增量卡尔曼滤波（AIKF）算法。该算法使用互补滤波将加速度计、磁力计和陀螺仪的数据进行融合,利用滤波后的数据增量作为卡尔曼滤波器的观测量,同时对系统噪声进行自适应在线估计,以获得精准的姿态输出。实验结果表明,该算法能够实现姿态的精准测量,摇摆台试验中俯仰角、横滚角误差小于0.05°,航向角误差小于0.15°,具有较好的噪声抑制能力。     

基于陀螺仪和加速度计的帆船运动姿态测量

针对帆船运动姿态监测的需求,设计并实现了一个基于微机电系统(MEMS)陀螺仪和加速度传感器的运动姿态实时测量系统。多传感器的数据融合,实现了姿态测量高准确度的要求。应用陀螺仪传感器监测船体姿态角度可避免因船体变速运动而导致的测量偏差;利用加速度传感器测量数据可有效消除陀螺仪的漂移误差和累积计算误差;采用加权时变的卡尔曼滤波作为数据融合方法有效地提高了姿态角度测量的精确度和稳定性。该方法已成功应用于Laser帆船运动姿态实时测量系统中,测量精确度达到了±1°。     

基于卡尔曼滤波的两轮自平衡车姿态检测研究

在两轮自平衡车设计的过程中,车身姿态检测是关键的设计环节,关系到自平衡车能否有效进行车身的自动控制。但是,使用单一传感器容易导致姿态检测过程中出现测量误差和噪声干扰,所以还需要对测量信号进行滤波处理。因此,基于这种情况,本文设计了一个基于卡尔曼滤波的两轮自平衡车姿态检测系统,从而更好的解决自平衡车的姿态控制问题。     

基于加速度计的载体姿态测量模型设计与实现

提出了一种基于加速度计的载体姿态测量模型。使用3个加速度构建载体坐标系,加速度计通过敏感重力加速度,确定重力矢量与载体坐标系之间的关系,进而确定当地水平坐标系与载体坐标系之间的夹角,从而计算测量载体姿态。模型在水平转台上进行了试验验证,试验结果表明,方案可行,且姿态测量精度达到了0.08°。     

基于互补滤波的汽车姿态数据采集系统研究

为了掌握汽车行驶过程中的各种姿态数据,监控汽车运行状态,设计了一种汽车姿态数据采集系统。采用MEMS九轴运动传感器,基于惯性导航原理,运用互补滤波算法,结合高性能嵌入式处理器,实时采集汽车姿态数据,并进行数据校准、互补滤波和数据修正,解算出有效的全方位姿态数据,包括俯仰角、翻滚角和航向角。经过实车测试,能够真实地反映出汽车的运行状态。这些数据可以描绘出汽车的运行轨迹;还可以用来还原事故现场,进行责任认定;回放行驶路线、分析驾驶员驾驶行为。     

基于直接转矩控制的两轮自平衡车系统设计

两轮载人自平衡车控制系统是一种典型的类倒立摆动态平衡控制系统,为降低成本,提高系统操控性能,该文利用新型ARM微处理器STM32F373为控制核心,结合惯性传感器MPU6050,进行了平衡车控制方案设计。该文提出了电机的直接转矩控制法,并利用改进后的显性互补滤波算法得到车体倾斜角度的实时最优值,形成了以角度环、角速度环及电流环所构成的三闭环串级比例-积分-微分(PID)控制方式,实现了车辆的自平衡行驶。与传统使用电压开环控制及速度反馈控制的平衡车相比,该文设计的平衡车具有性价比高、响应速度快、控制平稳等优点。     

俯仰/滚转耦合的大角度姿态测量算法

基于加速度计或陀螺仪的测姿方法均存在大角度条件下姿态角误差放大、突变问题。对大俯仰角测量,通过预置欧拉旋转法可确定冗余加速度计的布置方式,降低了俯仰角测量误差。对大俯仰角条件下的滚转角测量,提出基于角速率阈值判定的陀螺解耦测姿算法。当俯仰角速率大于设定阈值时,采用角速度投影可钳制滚转角误差的漂移;当俯仰角速率小于设定阈值时,采用角速度积分可避免角速度投影造成的姿态误差放大。通过理论推导、分析和仿真,预置欧拉旋转法能有效避免大俯仰角条件下俯仰角姿态误差放大,陀螺解耦测姿算法能在振荡环境下长时间保持滚转角精确度。     

基于以太网的倾角测量系统设计

针对工业长距离测控环境,设计了基于以太网的倾角测量系统,与传统的RS 232,RS 485/422通信接口相比,以太网接口具有低成本、易于组网的优势,方便实现企业管控一体化。根据MEMS加速度传感器的工作原理和特点,研究了一种基于MEMS加速度传感器以及体积最小的以太网芯片的倾角测量系统的实现方法,详细介绍了系统的工作原理,重点阐述了系统的硬件电路设计和软件设计,编写了基于UDP通信协议的微控制器端的软件和上位机端的实时显示软件,并进行了实验测试。实验结果显示:该系统集成度高,功耗低,可靠性高,可用于各种长距离姿态测量。与传统的倾角测量系统相比具有测量精度高、测量范围大、使用及携带方便等特点。     

四旋翼飞行器姿态估计方法

针对四旋翼飞行器姿态估计中传感器由于旋翼振动带来的测量误差,通过卡尔曼滤波方法融合加速度计和陀螺仪的测量数据来提高姿态估计精度,减少因载体振动带来的噪声并解决陀螺漂移问题。先分析了惯性器件误差类型,然后建立了三自由度的系统模型并用Matlab进行仿真分析,再利用带有螺旋桨的实验台验证方法的可行性。实验结果表明,姿态估计误差在2°以内且没有随时间的增长而增大,基本满足四旋翼飞行器姿态估计的实时性、廉价性、高精度等要求,该方法可以成功应用于四旋翼飞行器的姿态控制,抑制噪声干扰,为稳定的自主飞行创造条件。     

基于STM32的智能平衡小车控制系统设计

为了满足现代智能化出行需求,提高自平衡小车控制系统的智能化水平,以STM32F103C8T6单片机作为控制核心,采用陀螺仪、加速度计和霍尔传感器分别测量小车车体的倾斜角度、加速度和速度,利用超声波测距模块检测小车与前方障碍物的距离,使用蓝牙方式连接通讯,通过单片机进行PID(比例积分微分)数据运算和处理,输出PWM(脉...     

基于开关扩展卡尔曼滤波的姿态估计

针对低成本动中通系统中的姿态估计问题,提出一种开关扩展卡尔曼滤波算法.以无航向角的姿态更新算法为基础,根据微机械陀螺和加速度计分别建立系统状态方程和测量方程.针对机动加速度的影响,设计了三维开关扩展卡尔曼滤波方程,对载体姿态角和陀螺零偏进行实时估计.实验结果表明,该算法能够准确估计载体姿态和陀螺零偏,姿态角估计误差小于0.5°,俯仰角和横滚角估计误差的方差分别为0.130 1.和0.140 5°,两轴陀螺零偏误差均值均小于(2×10-4)°/s,能够满足动中通的应用要求.     

姿态角测试研究

研究飞行体姿态角测试技术,提出了一种姿态角测试方法,给出了可行的实现方案和实测曲线,用卡尔丹角结合测试曲线对被测体姿态进行了分析。通过实际测试,证明了该测试方法原理可行。     

迈克耳逊激光干涉仪的数字测角技术

介绍了一种利用迈克耳逊干涉仪进行精密角度测量的角度测量系统,该系统利用迈克耳逊干涉仪的干涉技术,通过转换将角位移转换为干涉仪可以利用的线位移,并通过专用电路对干涉条纹进行细分、计量,从而实现了对大转角的精密测量。与以往类似系统相比,该系统克服了测量误差随测量角度增大而增大、测量范围小等不足,具有测量精度高、测角范围大、数字化程度高等特点。同时,给出了系统的构成原理、设计注意事项和有关的精度分析。     

基于卡尔曼滤波的动态角度测量系统设计

数字倾角仪主要用于静态环境下的角度测量,但当被测物体在动态（非匀速直线运动）环境下,倾角仪内部加速度计会受到除重力加速度外的加速度影响而变得不准确,此时仅依靠加速度无法准确解算出被测物体真实角度。针对动态下的测量问题,设计一种低成本的动态角度测量系统,利用MPU9255传感器中集成的三轴加速度计和三轴陀螺仪,采用融合陀螺数据的卡尔曼滤波和系统误差补偿,解决加速度计在动态下无法准确测量角度的问题。经测试表明,所设计的测量系统能够满足动态下较高精度的角度测量。     

基于STM32的双轮平衡车

针对市场上的平衡车售价过高,功能单一,失去平衡后不能自动恢复平衡的问题,提出了基于STM32的平衡车,它采用实时操作系统uCOS-II,借助陀螺仪、加速计、舵机控制器、编码器构成一个自平衡系统。此系统可遥控控制LCD显示方向,自动恢复平衡。通过观测陀螺仪数据、功能测试、价格比较,证明此系统运行平稳,功能丰富,成本低廉。