基于多传感器的智能车辆姿态解算方法

针对智能车辆主动环境感知的需求,提出了一种采用三轴加速度计、三轴磁强计和三轴陀螺仪组合进行车辆姿态解算的方法.首先以旋转矢量法为陀螺仪的车辆姿态解算方法,作为扩展卡尔曼滤波的状态方程,用于车辆姿态的预测;其次以高斯牛顿法为加速度计和磁强计的车辆姿态解算方法,作为扩展卡尔曼滤波的观测方程,用于车辆姿态校正;然后在此基础上构建扩展卡尔曼滤波传播方程,采用扩展卡尔曼滤波进行多传感器信息融合,得到车辆的姿态解算结果;最后通过构建实车测试环境对解算方法有效性进行验证.实验结果表明,通过基于多传感器的车辆姿态解算方法解算得到的车辆姿态角稳定、准确,能够满足智能车辆行为参数估计的实际需求.     

示教机械臂姿态解算改进方法仿真研究

在示教机械臂姿态解算精度优化的研究中,针对使用单组传感器进行数据融合,姿态解算的传统方法中存在的精度低,稳定性差的问题,设计了一种组合MEMS传感器的姿态解算方法。将六组传感器安装于载体坐标系三个轴上,分别测量两组传感器数据。以传感器量测数据与四元数估计数据的向量积代替姿态角误差作为互补滤波器的输入量,分别利用模糊控制器和PI控制器,根据互补滤波原理调节陀螺仪输出量。通过拓展卡尔曼滤波器进行姿态估计,得到更精确的四元数,进而转化为姿态角。仿真结果表明,在静态和动态情况下,多组传感器组合调节后的姿态角数据相比单组传感器PI调节在姿态角精度和系统稳定性上有进一步提高。     

基于磁传感器组合的运动物体姿态解算

姿态参数的测试是运动物体测试过程中的重要指标。针对角速度陀螺仪在高速运动中姿态角的测量误差较大,提出了基于加速度和线圈式磁传感器的姿态测量组合。线圈式磁传感器的输出值包含了载体的转速和角速度信息的综合,求出载体的角速度信息,通过扩展的全姿态四元数算法进行数据融合和姿态解算。在三轴转台上进行半实物的仿真实验,验证算法的正确性,在解算过程中无须知道当地磁场大小,方法简单易行。     

基于磁阻传感器和加速计的三自由度姿态解算模块设计

本文设计了基于HMC5883L三轴磁阻传感器和ADXL345三轴加速度计以及C8051F340的三自由度姿态解算模块,它具备通过串口实时输出模块的航向角、俯仰角、横滚角度信息的功能,并且提供了磁场补偿校正功能和磁偏角手动修改、根据GPS信息自动修改功能。文中介绍了给出了硬件设计框图、姿态解算方法和程序流程图,提出了一种磁场补偿校正算法。经重复性和分布均匀性试验,其航向角精度误差不超过2°。     

低成本无人机姿态解算研究

针对小型四旋翼无人机姿态解算数据精度低、缺少余度控制、易发散等问题,提出一种基于GPS、三轴陀螺仪加速度计、三轴磁力计的随机加权自适应滤波算法估计无人机姿态;建立四旋翼无人机姿态旋转矩阵,搭建加速度计和磁力计获取无人机姿态信息的模型,以及采用四元数解算法的陀螺仪定姿解算模型;采用随机加权自适应估计法,依据多元函数求极值定理,在保证总体均方差最小的情况下导出最优随机加权因子,进而解算出姿态角信息,提高四旋翼无人机姿态解算滤波精度与稳定性;仿真与试验结果表明:随机加权自适应滤波与平均值滤波算法相比解算精度更高,输出结果更平稳,且无人机各项预期功能均能正常实现,能够满足四旋翼无人机自主飞行的需要。     

基于卡尔曼滤波的航姿参考系统设计

针对传统的航姿参考系统AHRS（Attitude and Heading Reference System）中姿态角精度不高的问题,设计了一种新型的基于卡尔曼滤波的姿态检测系统。该系统采用了三轴磁传感器、三轴陀螺仪及三轴加速度计,用四元数的方法来描述载体运动的姿态,通过陀螺仪测姿态四元数,卡尔曼滤波算法融合加速度计和磁传感器数据,对姿态四元数进行修正,从而提高姿态解算精度。实验数据表明,系统能够较好修正陀螺仪漂移,且三个角度的均方根误差均优于0.25°,具有良好的噪声抑制能力。     

基于MEMS的车辆姿态感知系统

针对MEMS传感器精度低、误差大等缺点,采用三轴加速度计、三轴磁强计和三轴陀螺仪进行组合姿态测量,使用卡尔曼滤波进行多传感器数据融合。将旋转矢量法解算出的陀螺仪的姿态四元数作为卡尔曼滤波的预测矢量,将高斯牛顿法解算出的加速度计和磁强计的姿态四元数作为卡尔曼滤波的观测矢量,建立卡尔曼传播方程,求出更高精度的姿态四元数,解算出姿态角,将 AHRS 中的姿态角与车辆的坐标系对应,实验结果表明车辆在不同状态下的姿态角度变化与车辆的运行状态一致。     

HMC5883L 电子罗盘的误差补偿系统设计

在已经设计的三轴数字陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘与 ATmega128相结合的姿态测量系统基础上[1],设计了上位机软件获取机器人的姿态信息,此软件能够将获取的姿态信息进行分离。针对电子罗盘的角度信息受到周围磁场干扰比较严重的问题,使用椭圆假设法以及八方向二乘法对电子罗盘的角度信息分别进行了修正,并在不同的实验环境下测试了角度纠正的正确性。     

基于MEMS传感器的惯导系统预处理和姿态解算

为解决MEMS惯性传感器的系统误差和环境干扰影响,捷联惯导系统(SINS)无法准确测量姿态的问题,设计了一种基于优化自适应无迹卡尔曼滤波(优化AUKF)的姿态解算方法。先对陀螺仪和加速度计的误差信号进行预处理,分别建立ARMA模型和一元高阶模型,使用经典Kalman滤波实现其过程,然后建立姿态角的微分方程,使用高精度的优化AUKF算法实现姿态角解算过程。跑车实验结果表明,该方法可以得到高精度的姿态角信息,抑制 MEMS陀螺漂移引起姿态角发散。     

基于磁阻传感器与加速度计复合的姿态角检测技术

针对基于三维磁阻传感器解算姿态角时,解算结果会因符号变号出现较大解算误差,并需要已知其中一个姿态角方可解算另外2个姿态角,提出基于磁阻传感器与加速度计复合的姿态角解算算法,利用加速度计单独解算的倾斜角为地磁传感器解算提供一个姿态角,在地磁俯仰角阈值处以加速度计解算的横滚角代替磁阻传感器解算的横滚角,从而能实现同时测量3个姿态角,并在实验室进行了试验,达到预期的效果,为特殊行业对象的姿态角定姿提供一种新的方法思路。     

基于MEMS惯性传感器的行人航位推算系统

提出一种基于低成本MEMS自包含传感器,能自主完成数据采集、数据处理的行人航位推算（PDR）系统.硬件平台集成三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴数字罗盘及气压计,不需任何额外设施.通过自包含传感器测量行人行走的步长、方位及高度,实现行人室内、外三维定位.采用加速度信号实现跨步探测和步长估计.利用互补滤波器融合加速度计、陀螺仪和数字罗盘数据,矫正陀螺仪的测量误差和磁场干扰对数字罗盘的影响,提高行人行走的方位精度.测试结果表明：系统的定位误差低于行进距离的4％,满足行人定位要求.验证了系统的有效性和可靠性.     

基于PSD的转轴振动位移测量与分析

针对脉冲发电机转轴高速旋转时振动位移的测量工作,以一维位置敏感探测器(PSD)作为传感器,C8051F040为微处理器,设计了一种转轴振动位移测量装置,该装置采用串口与上位机通信,上位机操作界面采用VB进行设计,对采集数据进行显示和分析;介绍了测量原理,从硬件和软件方面讨论了系统构成,对实际测量信号进行了处理、计算和分析。实验测量表明:测试结果满足转轴振动位移测量要求。     

基于模糊控制的农业大棚远程监控系统的研究

以带有ARM11处理器的智能模块为监控端,以PC为远程管理中心,开发了一套农业大棚环境远程监控系统。该系统监控端基于Linux系统实现对大棚环境的视频和参数采集;远程管理中心通过3G网络远程查看植物生长状况,并对采集的环境参数经模糊控制器分析后,将控制信息通过3G网络发给监控端对相关设备进行控制。本系统实现了远程监控农业大棚的功能,对国内农业走智能化发展道路具有一定的参考价值。     

卫星姿态控制系统硬件在回路仿真研究

为了便于卫星自主智能控制技术的研究,该文研究了控制系统硬件在回路仿真技术,分析了实时仿真系统中仿真步长的确定及通讯接口技术的应用。文中详细说明了在MATLAB下采用S—function编写串口驱动模块的方法,还介绍了利用MATLAB／xPC环境下的UDP模块进行数据传输的方法。最后,该文设计了一个基于PC机的三轴稳定卫星姿态控制硬件在回路仿真系统,将反作用飞轮、陀螺等实物接人仿真系统。仿真结果表明实时仿真结果与数学仿真结果基本一致,仿真系统接口设计合理,实时性符合要求。     

Robust and adaptive variable structure output feedback control of uncertain systems with input nonlinearity

This brief proposes a robust control algorithm for stabilization of a three-axis stabilized flexible spacecraft in the presence of parametric uncertainty, external disturbances and control input nonlinearity/dead-zone. The designed controller based on adaptive variable structure output feedback control satisfies the global reaching condition of sliding mode and ensures that the system state globally converges to the sliding mode. A modified version of the proposed control law is also designed for adapting the unknown upper bounds of the lumped uncertainties and perturbations. The stability of the system under the modified control law is established. Numerical simulations show that the precise attitude pointing and vibration suppression can be accomplished using the derived robust or adaptive controller.     

人体姿态检测及数据传输系统设计

本文设计的人体姿态检测及数据传输系统系统,采用了ST公司推出的iNEMO模块,该模块包含三轴加速度计、三轴磁力计、三轴陀螺仪和压力传感器,并将10自由度的传感器模块和32位MCU整合在一起,同时还配备多个通信接口。系统采用了基于SIM300的GPRS模块,将实验员当前的姿态发送到PC客户端,实现了远程监控功能。本系统具有集成化、智能化和平台化等特点,具有良好的应用前景。     

应用于多旋翼MAVs的姿态测量系统

应用一个三轴加速度计、三个单轴角速率陀螺和一个三轴磁强计等微机械惯性传感器,设计廉价轻量姿态测量系统,研究了姿态角推算算法。在以往的姿态测量系统中,陀螺偏差和动加速度的影响限制其应用。将角速度陀螺的误差作为状态量导入到系统,动加速度作为噪音项导入到观测方程中,然后利用扩展卡尔曼滤波器来构成姿态估计算法来降低误差。实际飞行中对比商用高精度传感器和多次室外飞行测试表明,设计的系统能够应于旋翼MAVs。     

石英挠性加速度计网络化自主测试系统

针对在石英挠性加速度计性能检验与监测、退化机理等研究中,对加速度计输出信号快速准确采集的需求,设计一种高精度自主测试系统。提出了基于Zig Bee无线自组网的网络化测控方案,设计了适用于测控环境相对分散的分簇拓扑网络结构,以CC2530为核心设计了加速度计无线采集节点与智能无线控制终端,基于AD7734设计了加速度计高精度A/D转换电路。基于Z-Stack协议栈实现无线网络节点组网控制、数据传输程序设计,基于C#实现上位机终端控制台设计,针对大规模节点数据设计了一种高速数据帧结构,并采用了握手传输机制。经实际应用证明:系统采样误差低至0.049mV,可同时对40只加速度计进行长时间自主数据采集,并完成简单数据分析。系统可用于加速度计性能分析与建模研究中。