飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(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)檢測與控制系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種高精度和準確性的飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(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。
【專利說明】 飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(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、啟動快、成本低和可靠性高的優(yōu)點，所以，基于MEMS傳感器的小型化航姿測量系統(tǒng)成為航拍無人飛行器的首選。準確而實時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系統(tǒng)中，由于微機械陀螺儀受溫度、機械振動等因素的影響。存在較大的靜態(tài)漂移誤差，長時間的積分會導致姿態(tài)角發(fā)散，因此，不適用于長時間姿態(tài)角的確定。而加速度計可以輸出測量系統(tǒng)運動時產(chǎn)生的加速度值，在靜止或勻速運動的情況下，對測得的加速度進行解算還可以用于傾角測量。但由于加速度計同時對重力加速度和運動加速度敏感，當測量系統(tǒng)劇烈運動時，會產(chǎn)生較大的測量誤差。所以，加速度計不適用于短時間姿態(tài)角的的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種高精度和準確性的飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(tǒng)。
[0004]為了實現(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兩種傳感器各自的優(yōu)點。采用卡爾曼濾波方法，對來自加速度計和陀螺儀的信號進行融合，解決噪聲干擾與姿態(tài)最優(yōu)估計問題。最終完成具有較高精度和準確性的多旋翼飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明研究了基于卡爾曼濾波的加速度計與陀螺儀的信號融合方法，在動態(tài)數(shù)據(jù)采集試驗的基礎(chǔ)上，通過卡爾曼濾波有效地補償傳感器漂移與測量噪聲等因素對加速度計與陀螺儀的影響，減小了姿態(tài)角度測量誤差，提高了運算精度，并將該方法成功應用于四旋翼飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(tǒng)中。實驗結(jié)果表明了該方法的有效性，該方法適用于微小型機器人及飛行器中的姿態(tài)檢測與控制，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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及【具體實施方式】，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發(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，并將測得的準確姿態(tài)角通過RS232串行總線發(fā)送到上位機示顯。整個系統(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。對于軸加速度傳感器，當它的傳感方向和重力加速度方向一致時，假如此時為零傾斜角度，設(shè)加速度傳感器測量結(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最優(yōu)化自回歸數(shù)據(jù)處理算法。對于解決很大部分的問題，它是最優(yōu)，效率最高甚至是最有用的。它的廣泛應用已經(jīng)超過30年，包括機器人導航，控制，傳感器數(shù)據(jù)融合甚至在軍事方面的雷達系統(tǒng)以及導彈追蹤等。
[0017]可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換，以達到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.飛行器姿態(tài)檢測與控制系統(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】G05D1/08GK103809594SQ201210443477
【公開日】2014年5月21日 申請日期: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 申請人:姜韞英