飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)屬于控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種高精度和準(zhǔn)確性的飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)。本發(fā)明包括X軸陀螺儀、Y軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、微控制器、總線接口，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)微控制器分別與三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、總線接口相連，第一濾波電路與X軸陀螺儀相連，第二濾波電路與Y軸陀螺儀相連。
【專利說(shuō)明】 飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS慣性傳感器具有體積小、重量輕、功耗小、啟動(dòng)快、成本低和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，所以，基于MEMS傳感器的小型化航姿測(cè)量系統(tǒng)成為航拍無(wú)人飛行器的首選。準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)地獲得飛行器在空中的姿態(tài)角度，是決定控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵然而，在低成本MEMS慣性傳感器組成的航測(cè)系統(tǒng)中，由于微機(jī)械陀螺儀受溫度、機(jī)械振動(dòng)等因素的影響。存在較大的靜態(tài)漂移誤差，長(zhǎng)時(shí)間的積分會(huì)導(dǎo)致姿態(tài)角發(fā)散，因此，不適用于長(zhǎng)時(shí)間姿態(tài)角的確定。而加速度計(jì)可以輸出測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的加速度值，在靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的情況下，對(duì)測(cè)得的加速度進(jìn)行解算還可以用于傾角測(cè)量。但由于加速度計(jì)同時(shí)對(duì)重力加速度和運(yùn)動(dòng)加速度敏感，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。所以，加速度計(jì)不適用于短時(shí)間姿態(tài)角的的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種高精度和準(zhǔn)確性的飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括X軸陀螺儀、Y軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、微控制器、總線接口，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)微控制器分別與三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、總線接口相連，第一濾波電路與X軸陀螺儀相連，第二濾波電路與Y軸陀螺儀相連。
[0005]作為一種優(yōu)選方案,本發(fā)明所述微控制器為STM32F103。
[0006]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述三軸加速度傳感器為MMA7260。
[0007]本發(fā)明有益效果。
[0008]本發(fā)明結(jié)合陀螺儀和加速度計(jì)兩種傳感器各自的優(yōu)點(diǎn)。采用卡爾曼濾波方法，對(duì)來(lái)自加速度計(jì)和陀螺儀的信號(hào)進(jìn)行融合，解決噪聲干擾與姿態(tài)最優(yōu)估計(jì)問(wèn)題。最終完成具有較高精度和準(zhǔn)確性的多旋翼飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明研究了基于卡爾曼濾波的加速度計(jì)與陀螺儀的信號(hào)融合方法，在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)卡爾曼濾波有效地補(bǔ)償傳感器漂移與測(cè)量噪聲等因素對(duì)加速度計(jì)與陀螺儀的影響，減小了姿態(tài)角度測(cè)量誤差，提高了運(yùn)算精度，并將該方法成功應(yīng)用于四旋翼飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方法的有效性，該方法適用于微小型機(jī)器人及飛行器中的姿態(tài)檢測(cè)與控制，并有很好的魯棒性，系統(tǒng)更快速的收斂性將是下一步研究的重點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]圖1是本發(fā)明電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖所示，本發(fā)明包括X軸陀螺儀、Y軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、微控制器、總線接口，微控制器分別與三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、總線接口相連，第一濾波電路與X軸陀螺儀相連，第二濾波電路與Y軸陀螺儀相連。
[0013]所述微控制器為STM32F103。
[0014]所述三軸加速度傳感器為MMA7260。
[0015]本發(fā)明以32位單片機(jī)STM32F103為核心，采用陀螺儀(ENC-03)和加速度傳感器(MMA7260)做為姿態(tài)角反饋，并將測(cè)得的準(zhǔn)確姿態(tài)角通過(guò)RS232串行總線發(fā)送到上位機(jī)示顯。整個(gè)系統(tǒng)由加速度傳感器、陀螺儀傳感器、濾波電路、電源電路、MCU等部分組成。對(duì)于軸加速度傳感器，當(dāng)它的傳感方向和重力加速度方向一致時(shí)，假如此時(shí)為零傾斜角度，設(shè)加速度傳感器測(cè)量結(jié)果為F(0)，Θ為傾斜角度，g為重力加速度。
[0016]卡爾曼濾波器是一個(gè)最優(yōu)化自回歸數(shù)據(jù)處理算法。對(duì)于解決很大部分的問(wèn)題，它是最優(yōu)，效率最高甚至是最有用的。它的廣泛應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)30年，包括機(jī)器人導(dǎo)航，控制，傳感器數(shù)據(jù)融合甚至在軍事方面的雷達(dá)系統(tǒng)以及導(dǎo)彈追蹤等。
[0017]可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說(shuō)明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實(shí)施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)，包括X軸陀螺儀、Y軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、微控制器、總線接口，其特征在于微控制器分別與三軸加速度傳感器、第一濾波電路、第二濾波電路、總線接口相連，第一濾波電路與X軸陀螺儀相連，第二濾波電路與Y軸陀螺儀相連。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)，其特征在于所述微控制器為STM32F103。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述飛行器姿態(tài)檢測(cè)與控制系統(tǒng)，其特征在于所述三軸加速度傳感器為 MMA7260。
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK103809594SQ201210443477
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】姜韞英, 傅乃文 申請(qǐng)人:姜韞英