AHRS的老人跌倒检测算法

独居老人如在室内或室外发生意外摔倒时,没有得到及时医疗救助治疗,将给老年人造成巨大的心理与身体的伤害。将航姿参考系统(attitude and heading reference system,AHRS)应用在跌倒检测中,将跌倒的过程转变成姿态的变化,从而来判断跌倒的程度。AHRS航姿系统比过去原有实验方案3种姿态角度均有所提升,俯仰角(pitch)提升2.371%,滚转角(roll)提升9.238%,偏航角(yaw)提升4.682%,加速度计最大值精确了0.171g,AHRS航姿系统融合扩展卡尔曼滤波器在检测老年人跌倒姿态中比过去原有实验方案在检测时间计算上提升了1 s。综上实验验证AHRS航姿融合在检测老年人跌倒上可以数据更精确,计算时间更少,在研究人体真实跌倒姿态中更贴近了一步。     

小型无人飞行器机动过程中航姿互补滤波算法研究

磁惯导系统(MINS)广泛应用于小型无人飞行器的导航控制,能对加速度计、磁强计和陀螺仪等传感器的数据进行融合,得到航向与姿态信息,也被称为航姿参考系统(AHRS)。在频域实现数据融合的互补滤波算法是AHRS中的一种可靠姿态估计方法,具有简捷高效的优点。将基于不同传递函数及各种航姿表示形式的姿态互补滤波归纳为统一的广义互补滤波算法(GCF),分析该类算法中的乘性姿态误差,并引入运动加速度补偿方法,可以改善载体机动状态下的姿态精度。数值仿真及实验结果显示,GCF的滤波效果与无人机常用的卡尔曼滤波算法相当,而处理时间仅为后者的1/20,且GCF具有良好的数值稳定性,配合运动加速度补偿算法可有效消除线加速度对航姿测量的不利影响,尤其适合低成本、小型无人机应用场合。     

基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法

针对站球机器人在坡面运动过程中,由于系统振荡倾向性导致的姿态估计不准确以及在估计中存在噪声等问题,设计了一种基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法。首先,对站球机器人在斜坡上进行了动力学分析和运动性能分析。其次,利用Huber鲁棒估计抑制站球机器人在坡面运动过程中由于机身振荡所引入的干扰噪声,并改进互补滤波进行姿态解算。最后,为了减少磁力计输出不稳定对姿态解算的干扰,设计了一种数据平滑切换方法。实物实验结果表明,设计的基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法相比于互补滤波算法,对俯仰角、横滚角和偏航角的估计精度分别平均提高19.21%、25.48%和36.04%,该算法可以有效地抑制站球机器人在坡面运动过程中由于机身振荡引入的噪声,能够保证姿态解算的准确性和实时性。     

基于STM32的多旋翼送餐飞行器研究

针对传统餐饮业中送餐方式的单一化、机械化等问题,以STM32F427微处理器为核心,设计并实现了以多旋翼飞行器为平台的智能餐饮配送系统.为提高送餐过程的安全性与可靠性,飞行器的稳定飞行是最基本的条件与保障.采用基于MEMS传感器的航姿参考系统(AHRS)进行飞行器姿态的测量,采用四元数坐标换算,将陀螺仪、加速度计和磁罗盘三者数据进行融合,并用互补滤波算法对姿态数据进行修正.实际测试结果表明,该飞行控制系统精度较好,能够满足送餐过程中对安全性与可靠性的要求.     

基于卡尔曼滤波器的姿态角测量系统设计

针对动态环境下载体的姿态测量,以无人机的航姿测量系统小型化为背景,给出了一种采用MEMS惯性器件构成的姿态角测量系统。系统采用新型32位ARM Cortex-M3内核微控制器STM32F103ZET6作为控制处理单元,传感器采用ADXL345加速度计、L3G4200D陀螺仪和HMC5883磁阻传感器。对于MEMS器件精度低,数据易发散的问题,采用卡尔曼滤波器实时将加速度计、陀螺仪和磁强计的数据进行融合,计算负担小,实时性好。实验结果表明,该姿态测量系统在静态和动态环境下都能够较好的完成载体姿态测量的任务。     

一种满足功率互补特性的线性相位FIR滤波器

消除滤波器组的重构误差以实现完全重构一直是多抽样率滤波器组研究领域的一项重要课题。已有部分文献提出了分别消除幅度与相位误差行之有效的方法,然而这类方法都是在消除一种误差的基础上,使另一种误差最小化,并没有实现2种误差的完全消除。本文从功率互补性以及线性相位滤波器系数的特点出发,推导出既具有线性相位又满足功率互补性的分解滤波器组频率响应的表达式,根据频率响应表达式设计出了一种既满足线性相位又满足功率互补特性的FIR滤波器,实验表明采用该滤波器的多抽样率滤波器组具有良好的完全重构性。     

一种基于信息融合的滤波算法研究

针对GPS接收机在高机动工作状态或受遮挡时易出现"丢星"现象而导致定位中断的问题,提出了一种采用INS/GPS/DVS组合导航系统对载体进行快速定位、定向的新方法.为了研究平台式惯导INS、全球定位系统GPS和多普勒导航系统DVS组合导航联邦滤波器的实现,用MATLAB对算法做了仿真验证.结果表明:算法具有计算量小、信息传输量少的优点,在确保整个组合系统可靠性的前提下,导航精度有了明显提高.该方法可有效地提高导航系统的精度和可靠性,为融合导航系统的数据分析和处理提供了一个有效途径.     

基于变结构ESKF的航姿参考系统噪声处理方法

针对航姿参考系统（AHRS）易受到环境与传感器自身噪声干扰,导致姿态估计精度下降的问题,提出了一种基于变结构误差状态卡尔曼滤波（VS-ESKF）的噪声数据处理方法。首先,通过分析AHRS传感器观测数据与新息序列统计特征,设计了基于加速度范数与遗忘序贯概率比检验（F-SPRT）的方法,分别检测加速度计与陀螺仪的噪声数据。其次,基于噪声检测结果,将平滑变结构滤波(SVSF）策略引入到误差状态卡尔曼滤波（ESKF）,以提高ESKF对噪声模型不确定性的处理能力。然后,结合磁场强度与磁倾角参数特征,利用马氏距离法评估磁干扰并实时调整磁力计补偿权重,获取准确的AHRS修正数据。最后,基于自主搭建独轮机器人平台进行实验验证,结果表明所设计的VS-ESKF算法可以及时、准确地检测AHRS噪声数据,并有效地抑制噪声干扰,相比于ESKF算法,对横滚角、俯仰角和偏航角的估计精度分别提升了31.05%、32.32%和40.07%,提高了姿态估计的准确性和稳定性。     

基于MTi—IMU微惯性航姿系统的姿态算法

利用基于微机电系统陀螺、加速度计和磁强计的MTi—IMU微惯性航姿系统,设计了一种确定航向和姿态的算法。该算法利用加速度计的输出判断载体的运动状态,当载体处于非加速运动状态时,利用磁强计和加速度计的输出计算姿态角,再利用卡尔曼滤波器校正姿态误差。采集M＇I、iIMU微惯性航姿系统输出的数据进行仿真。仿真结果证明了该姿态算法的有效性。     

融合光流与惯性传感器的扩展卡尔曼姿态滤波

微型航姿系统（AHRS）采用三轴磁强计、加速度计和陀螺仪的组合实现三维姿态测量,广泛用于无人机飞控等领域。但AHRS利用重力矢量解算俯仰角和横滚角时,会受运动加速度影响而产生误差。现有抗扰算法本质上均依赖陀螺仪,在长时间运动加速度干扰下易造成累积误差。提出一种采用光流传感器对运动加速度进行感测和补偿的新方法,并对重力矢量和地磁矢量进行并行估计,以提高扩展卡尔曼滤波的动态性能。实验表明,当存在水平加速度影响时,所提出的算法姿态角误差比现有算法降低50%以上,可显著改善动态航姿精度。     

压电传感器低频动态补偿数字滤波器设计

弹载压电传感器调理电路因测试环境的特殊性,难以采用精密的高输入阻抗电荷放大器.本文针对该问题设计了小体积的调理电路,并针对该测量电路因低频特性不足而导致的低频信号测量误差较大的问题,提出了动态实时补偿数字滤波器方法.运用CPLD器件实现了基于数字滤波器的实时动态误差校正,经实验验证,该补偿滤波器有效地延伸了压电传感器的低频测量范围,提高了弹载传感器的测量精度.     

基于小波分析和智能补偿的三相电力混合滤波算法

在分析传统电力滤波方法的基础上,针对检测电网侧谐波分量和负荷侧谐波分量的复合滤波控制方法无法抑制电网参数对滤波和无功补偿影响的不足,引入智能补偿因子。提出基于小波分析和智能补偿的三相电力混合滤波算法。利用小波算法检测电网电流和载荷电流谐波分量,该结果作为样本利用遗传神经网络进行训练,预测当前电网参数对滤波效果的影响程度,计算智能补偿因子,对混合滤波控制进行补偿。实验结果说明,基于小波分析和智能算法对混合滤波控制进行补偿,是提高其动态性和降低谐波量的有效途径。     

供用电系统谐波滤波与无功功率补偿仿真软件

谐波治理的重要手段是采用各种形式的滤波器,开发实用的滤波器设计软件非常必要。介绍了所开发的供用电系统谐波滤波与无功功率补偿仿真软件的基本功能及特点:用工程文件方式保存工程设计基本参数、滤波方案及滤波器参数配置等;可在一个数据表中进行4种滤波器任意组合滤波方案的设置;仿真计算滤波电容器额定参数等,并可在额定频率和频率偏差情况下进行滤波效益与参数校验工作。所开发的软件参数输入与修改便捷,可方便地进行用户谐波电压与电流超标情况、电容器谐波放大问题分析、滤波效果校验、滤波器阻频特性分析等。在某钢厂的应用实例证明该软件可靠、稳定、方便。     

基波补偿型有源电力滤波器的设计

采用串联基波补偿技术和PWM跟踪控制电路,设计了一款简单、方便、精度高的电力有源滤波器.实验仿真表明:在满足基波磁通补偿条件下,该有源滤波器对负载谐波源具有较好的滤波特性,达到了设计要求.     

精密振动测量用动态滤波器设计

介绍了电容法精密位移、振动测量原理,对测量用动态滤波器进行了设计、分析和比较研究。运用Pspice软件进行参数设计与优化仿真,在此基础上设计并实现了动态滤波器电路,通过对实际电路特性参数的比较测试（包括幅值、相位、截止频率和噪声大小等）,从而使设计出的动态滤波器能够实现0～3kHz精密位移振动信号测量,满足航空航天领域陀螺动压轴承端面跳动量及变形等动态测试需求。     

合作目标的飞行器姿态测量方法及其误差补偿模型的建立

通过在飞行器表面安装X形的激光发射装置作为合作目标,采用一种屏幕光斑成像法来完成飞行器近景姿态测量.利用多方位高速摄像机拍摄记录下激光在固定屏幕上产生的光斑位置变化,对拍摄下来的光斑序列图像进行分析,建立相应的数学模型以确定飞行器的外部姿态,并对该测量系统的误差进行分析和补偿.该方法扩大了特征点的运动范围,提高了对特征点的识别精度.建立的姿态测量的数学模型形式简洁,可以有效的减小测量误差.试验证明,通过对系统误差进行补偿,使该系统的测量精度有很大的提高,测量误差不超过3.6′.     

有源电力滤波器补偿延时及对策的研究

由谐波电流指令计算及PWM控制引起的补偿延时影响了有源电力滤波器的补偿性能,本文分析了在全数字控制及模数混合控制两种控制方式下产生时间延迟的原因,最后给出了实现无差控制的条件.在此基础上提出了一种简单的相位补偿方法,采用该方法可以有效地补偿谐波电流指令计算及PWM控制引起的时间延迟,同时保证有源电力滤波器具有良好的动态性能.最后通过实验验证了采用新方法的有源电力滤波器无论对稳定负载还是变化的负载都具有良好的补偿效果.     

谐波测量技术在无功补偿装置中的应用

讨论电力系统谐波与无功补偿电容的关系。提出基于数字滤波器的谐波测量方案 ,并利用PLD技术实现。该方案具有良好的实时性且可以方便地扩展测量范围     

数字滤波器及电感补偿算法在PFC中的应用

传统PFC控制器设计方案中,输入电流的THD主要取决于PFC控制器的控制性能及输入市电电压的质量.针对直流母线电压纹波对PFC控制性能的影响,提出一种新型的数字滤波器,对母线电压误差中的交流分量进行检测及滤除,有效地抑制了直流母线电压纹波对PFC电压环控制器的干扰,使控制器在保持母线电压稳定的同时,其输出的控制量近似趋近平直,从而极大地降低电流环电感电流参考值的畸变率,可以有效地降低输入电流的THD.针对电流环中电感值随电流变化的特点,在PFC电流环中加入电感补偿以提高电流环的追踪性能.最后实验结果验证了所提数字滤波器和电感补偿算法的可行性.     

有源电力滤波器指定次谐波补偿优化限流策略研究

为保障有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)在超过其额定容量的工况下稳定运行,提出了一种基于负载谐波电流重构的限流策略,实现有源滤波器输出指定次谐波电流的精确限流。根据补偿后电网电流总谐波畸变率(THD)最小原则构建补偿结果的评价体系,通过对电流重构波形中各次谐波含量的调整,提出了一种有源滤波器的最优补偿方案。最后利用半实物平台进行了相关实验,对比分析了负载电流在稳态和动态下,谐波电流重构与传统方法的限流与补偿效果,验证了所提重构补偿方案的正确性与优越性。