基于四元数二阶互补滤波的四旋翼姿态解算

姿态解算是四旋翼飞行器的关键技术,其精度直接影响飞行器控制的可靠性和稳定性。针对当前常用一阶互补滤波算法中阻带衰减速率慢和陀螺仪常值漂移产生的稳态误差问题,通过增加积分环节,设计了一种基于四元数的二阶互补滤波算法,能更好地利用加速度计和磁力计的稳态信息有效补偿陀螺仪常值漂移,从而减少姿态解算的累积误差。仿真结果表明,该算法具有更好的稳定性,提高了系统的姿态解算精度。通过飞行器真实飞行数据对算法进行了实验验证,结果显示姿态的俯仰角、横滚角精度1°,偏航角精度2°,能很好地满足飞行器控制系统对姿态解算的精度要求。     

四旋翼飞行器互补滤波姿态求解器的设计

精确的姿态角在四旋翼飞行器稳定飞行中起着非常重要的作用,为了实现小型低成本四旋翼飞行器高精度姿态数据的输出,搭建了STM32F103、MPU6050和气压计组成的姿态检测系统。并基于四元数微分方程,提出了一种PI改善型互补滤波姿态求解器的设计算法。该算法对陀螺仪测量数据进行了高通滤波、对加速度计和磁力计测量数据进行了低通滤波,提高了姿态解算精度。最后,通过实验平台将测量的PI改善型互补滤波算法与普通互补滤波算法四旋翼姿态角进行了比较分析,实验结果表明,PI改善型互补滤波算法求解器的姿态角动态误差较小,性能更稳定,能够满足小型低成本四旋翼飞行要求。     

基于STM32的四轴飞行器系统设计

四轴飞行器是一种以4个螺旋桨来控制飞行姿态的飞行器.在民用领域,四轴飞行器可以进行安全巡查、交通环境监测以及洪涝灾害抢险.四轴飞行器拥有较小的体积,具有一定的载荷能力,能够准确完成近距离侦查工作,在军事领域主要用于侦查敌情.基于此,采用通用的MCU最小系统板,结合运动姿态传感器模块、无线通信模块、电机以及机架,设计了一...     

全向AGV的优化互补滤波姿态解算

针对单一的MEMS陀螺仪无法解决本身的易发散和磁力计易受磁场干扰导致引入新的噪声,而带来的姿态估计不精确的问题,提出了一种基于全向AGV的优化互补滤波的姿态解算方法.偏航角不参与四元数解算,在水平姿态角四元数解算的基础上,利用共轭梯度法减小陀螺仪的漂移误差.再引进经过椭球修正后的磁力计数据作为观测量,与偏航角进行一阶互补滤波融合,并确定加权因子.搭建了基于STM32和MEMS传感器为核心的全向AGV实验平台,实验结果表明,该方法能有效抑制陀螺仪易发散和磁力计易受干扰的问题,提高姿态解算的精确性,使姿态解算具有良好的动态和静态性能,同时保证了系统的稳定性.     

基于GPS与AHRS的四轴飞行器悬停算法研究

通过对国外四轴飞行器控制系统设计思路的研究及其存在问题的分析,就飞行器控制系统悬停部分的算法进行了研究与探索,并对该系统的设计做了总结与展望。其中电子航向系统(AHRS)与全球卫星定位系统(GPS)为关键参数获取的传感器,该系统实现了飞行器悬停的全自动外环控制。     

基于四轴飞行器的单目视觉避障算法

针对四轴飞行器平台上单目视觉避障算法实时性不够,准确率不高的问题,提出了一种新的基于金字塔LK(Lucas-Kanade)光流与平移光流融合的单目视觉避障算法并给出了这一方法的数学推导过程。在配有320pixel×240pixel摄像头的ArduCopter四轴飞行器上开发和实现了该算法,并进行了多次飞行测试验证了算法的可行性与有效性。在飞行器自主飞行过程中,采用消失点进行导航,并结合神经网络PID对其进行飞行自适应控制。与单目即时定位与地图构建(SLAM)避障算法、Horn-Schunck光流避障算法以及图像分割避障算法比较了算法的实时性和准确性,结果显示:本算法具有实时性好和准确率高的优点,可以满足实际工程中四轴飞行器的实时避障要求。     

基于GMR传感器的三轴电子罗盘

针对现有大多数罗盘精度不高的问题,设计了一款基于新型巨磁阻(GMR)传感器芯片的三轴电子罗盘测量系统。该系统采用3个巨磁阻传感器芯片来测量地磁场矢量,采用三轴加速度传感器来测量载体的横滚角和俯仰角,在MSP430单片机中实现姿态转换、航向解算,最终通过RS232接口把航向角数据传输到电脑上。通过对影响罗盘测量精度误差来源的分析,提出了相应的自动校正和磁场补偿算法;在有外界磁场干扰的情况下,采用三维旋转校准,以保证罗盘能够达到较高的精度。研究结果表明,无论是否有外磁场干扰,罗盘经过校准补偿后精度都能够达到1.5°,从而验证了所设计的罗盘能够有效的对磁场干扰进行补偿。     

基于对偶四元数的五轴等距双NURBS刀具路径规划

针对由离散刀位构成的一阶线性不连续刀路影响机床运动平稳性的问题,提出在工件坐标系下对线性刀路进行光顺,获取满足精度且达到G1以上连续的等距双非均匀有理B样条刀具路径。采用对偶四元数描述五轴刀位,利用对偶四元数B样条矢量函数拟合线性刀路,获取五轴联动的刀具B样条运动轨迹,插值得到描述刀具中心点和刀轴点运动轨迹的等距双非均匀有理B样条曲线刀具路径。算例表明,采用本算法对工件坐标系中的线性刀路进行光顺,在提高刀具轨迹运动平稳性的同时,可以获得满意的加工精度,适用于五轴高速精密加工。     

四旋翼无人机的编队飞行控制系统设计

为了解决单架无人机执行任务效率低,安全冗余差等问题设计了一种基于GPS的无人机编队飞行控制系统。无人机端主控芯片采用STM32F427搭载Nutt X嵌入式操作系统,保证了姿态解算、姿态控制、导航、通讯等复杂任务的实时有序执行。使用ZigBee通讯模块、MAVLink通信协议搭建无线通讯链路,并解决了多节点之间的通讯以及通讯冲撞问题,实现了无人机之间、无人机和地面站的稳定通讯。在地面站端对各架无人机位置的检测,并在此基础上使用编队算法实现多架无人机的三角形、直线等阵形的编队飞行。实验表明,该系统能有效的实现多无人机的编队飞行控制。     

基于择集滤波的管道缺陷类型识别

文章在最佳聚类分析的基础上,探讨了聚类择集滤波方法,并应用于管道巨磁阻检测的缺陷数据分析中,达到了识别缺陷类型的目的。     

基于EMMAP的MEMS陀螺噪声估计与滤波方法研究

针对MEMS陀螺仪测量精度低、随机噪声具有不确定性和非线性的问题,提出一种基于最大期望算法(Expectation maximum,EM)和极大后验估计(Maximum a posterion,MAP)的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)——EMMAP-UKF的陀螺噪声估计与滤波方法。根据极大后验估计原理,构造出一种次优无偏MAP噪声统计估计模型,并在此基础上引入最大期望算法将噪声估计问题转换为数学期望极大化问题,实现对观测噪声方差的动态调整,最终实现陀螺仪随机漂移误差的估计与滤波处理。最后通过Allan方差对陀螺噪声滤波方法的性能进行评估,通过半实物仿真验证了本方法的有效性。     

MEMS耦合场分析与系统级仿真

微机电系统的计算机辅助设计是MEMS真正走向市场的重要基础。耦合场分析与系统级仿真是MEMSCAD中2个最关键的环节。概括了MEMSCAD的体系结构；综述了耦合场计算的常用数值方法及应用范围；着重介绍了适合于MEMS系统级仿真的2个基本模型的基本思想、构造方法，分析了各自的优缺点，指出今后有待继续研究的几个问题。     

硅基周期槽结构的刻蚀工艺研究

针对微电子机械系统(MEMS)湿法槽刻蚀技术,基于硅材料各向异性腐蚀特性研究了硅基周期槽的湿法刻蚀工艺,得出了优化的光刻参数。通过对比实验详细分析了搅拌在腐蚀过程中起到的重要作用,实验结果显示,搅拌可以增加腐蚀溶液的流通性,使硅表面不易产生气泡形成"伪掩膜"阻碍反应的进行,从而制备出表面光滑平整的周期槽结构。同时,在搅拌的条件下对槽深和腐蚀时间的关系也做出了相应的分析。为硅微机械加工技术的进一步研究提供了参考。     

基于卡尔曼滤波的虚拟采样同步控制算法研究

随着工业的发展,以及对系统通用性和可靠性要求的提高,研究用多个电机共同完成流水线生产已经越来越具有实际工程意义。本文以行列式制瓶机中的同步控制为背景,针对接近开关检测装置不能实时提供相位信息,提出了一种基于卡尔曼滤波的虚拟采样同步控制算法,实现供料机、分料机、拨瓶机和输送机等的同步控制,同步控制精度可达1度以内。     

一种基于统计排序滤波的图像边缘检测算法

提出一种基于统计排序滤波的新的边缘检测算法OFE。说明了算法原理,给出了算法实现的步骤和方法,通过人造图像和自然图像进行仿真实验,对仿真结果进行主客观对比评价分析,表明该边缘检测算法不仅有效,且效果与Sobel等算子相当,高于LOG算子,在处理含脉冲噪声污染的图像时有一定的优势。     

灌封对高量程微机械加速度计封装的影响

灌封是高量程微机械加速度计实用化的一个关键步骤。文中根据自制的一种压阻式高量程micro-electro-mechanical system(MEMS)加速度计芯片及一种实用的封装结构,对其有限元模型进行模态分析和高g值加速度载荷下的响应分析。封装结构的模态频率随着灌封胶弹性模量的增大而增大。但弹性模量过小时,模态频率反而比未灌封时低,可能会干扰输出信号。对器件加载10万g加速度表明,器件的模拟输出电压值随着灌封胶弹性模量或密度的增加而缓慢减小。模拟输出电压值与解析解很接近。封装之后传感器的模拟输出电压与加速度载荷具有良好的线性关系。     

CORBA技术在分布式微系统CAD设计中的运用

MEMSCAD(CADusedinMicro-Electro-MechanicalSystem)的发展还处在一个初级阶段,是否能站在一个高起点上主要取决于对该领域相似问题的认识程度和对新技术的掌握程度。通过吸取传统CAD软件系统设计的经验,针对其中出现的几点重要性能:语言无关性、平台无关性、模块的独立性、网络运用的稳定性,提出了构建于CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture)规范之上的分布式MEMSCAD的实现方案。     

基于高斯和与SCKF的非线性非高斯滤波算法

针对均方根容积卡尔曼滤波(SCKF)对非高斯情况滤波效果差的问题,在分析SCKF和高斯和滤波基础上,提出一种高斯和均方根容积卡尔曼滤波新算法。算法采用高斯和形式来逼近非高斯后验概率密度,将SCKF作为子滤波器,对每个高斯分量进行时间和量测更新,使其有效解决非线性非高斯滤波问题。仿真结果表明,高斯和均方根容积卡尔曼滤波估计精度高于粒子滤波和高斯和扩展卡尔曼滤波算法,与容积粒子滤波精度相当,但耗时约为容积粒子滤波的15%,是一种较好平衡跟踪精度和实时性的非线性非高斯滤波算法。