球形電機(jī)是一種基于中心球關(guān)節(jié)的三自由度電磁驅(qū)動(dòng)電機(jī),其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,結(jié)構(gòu)緊湊,相比傳統(tǒng)的多自由度平臺(tái)省去了復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),旋轉(zhuǎn)無(wú)奇異點(diǎn),在機(jī)器人關(guān)節(jié),曲面共形打印等方向有著重要的應(yīng)用前景。球形電機(jī)的應(yīng)用中,準(zhǔn)確,高數(shù)據(jù)率的姿態(tài)傳感方案對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制至關(guān)重要,現(xiàn)有的姿態(tài)傳感方案,如圖形編碼或?qū)蚩蚣艿茸藨B(tài)測(cè)量方案在數(shù)據(jù)率或測(cè)量靈活性方面有著較大的限制。啟發(fā)于飛行器慣性姿態(tài)融合系統(tǒng)中結(jié)合不同傳感器的測(cè)量,通過(guò)數(shù)據(jù)融合彌補(bǔ)傳感器的不足,本文將研究針對(duì)球形電機(jī)多自由度系統(tǒng)的姿態(tài)融合方法。常用的慣性測(cè)量方案在球形電機(jī)姿態(tài)測(cè)量中需要面對(duì)嚴(yán)重的地磁干擾與加速度干擾等問(wèn)題。多自由度姿態(tài)融合方法的關(guān)鍵即為克服現(xiàn)有的測(cè)量干擾,為球形電機(jī)提供優(yōu)質(zhì)的姿態(tài)反饋。本文從數(shù)據(jù)融合中使用的陀螺儀與加速度的測(cè)量模型出發(fā),給出姿態(tài)測(cè)量的方案,并推導(dǎo)測(cè)量姿態(tài)與轉(zhuǎn)子姿態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系�；趶V義卡爾曼濾波詳細(xì)地給出姿態(tài)融合算法,針對(duì)數(shù)據(jù)融合中的干擾問(wèn)題,提出一種基于定子加速度測(cè)量的時(shí)變參考矢量姿態(tài)融合算法,構(gòu)建仿真數(shù)據(jù)并驗(yàn)證了姿態(tài)融合算法的有效性�？紤]到實(shí)際傳感器測(cè)量的誤差,對(duì)傳感器的噪聲進(jìn)行仔細(xì)的測(cè)量與分析,設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字濾波和標(biāo)定方案,最終在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)姿態(tài)融合算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了數(shù)據(jù)融合算法在方位校正與姿態(tài)檢測(cè)上的有效性。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TM30
【部分圖文】：

圖 1.3 MEMS 陀螺儀姿態(tài)測(cè)量模塊EMS慣性姿態(tài)系統(tǒng)精度主要有硬件上直接提高傳感器精度[17]和軟據(jù)融合兩種方案。由于需要的工藝創(chuàng)新或傳感器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的難度較度提高的文章相對(duì)較少。軟件方面的優(yōu)化濾波和數(shù)據(jù)融合方向則慣性姿態(tài)系統(tǒng)更多面向?qū)崟r(shí)的測(cè)量應(yīng)用，因而在傳感器數(shù)據(jù)濾波中域分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器來(lái)多數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，濾波軸 MEMS 慣性姿態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法運(yùn)用最多的為卡爾曼濾波卡爾曼濾波是一種針對(duì)包含高斯白噪聲系統(tǒng)的線(xiàn)性最小方差估計(jì)系統(tǒng)和量測(cè)均為線(xiàn)性，使用量測(cè)量的先驗(yàn)信息和一步預(yù)測(cè)均方誤差矩陣 K�？柭鼮V波主要的研究熱點(diǎn)在于系統(tǒng)狀態(tài)方程確定以及序列協(xié)方差矩陣 Q 與量測(cè)噪聲序列協(xié)方差矩陣 R。s D.Power 提出基于下山法的卡爾曼濾波器離線(xiàn)參數(shù)調(diào)整方式[20]。

圖 2.2 球形姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)在分析傳感器測(cè)量姿態(tài)與球形電機(jī)轉(zhuǎn)子姿態(tài)的關(guān)系中，需要具體引入 4 個(gè)別為傳感器安裝坐標(biāo)系 S，球形電機(jī)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 M，世界坐標(biāo)系 G 與球形坐標(biāo)系 X。文提到傳感器坐標(biāo)系 S 即為動(dòng)系為一種理想情況，實(shí)際上傳感器安裝會(huì)有，因而增加一組電機(jī)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 M。同樣前文中的世界坐標(biāo)系 G 即為定系理想情況，實(shí)際上傳感器測(cè)量的參考坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系 G 與定子坐標(biāo)系個(gè)方位差。參考表 2.4，目標(biāo)矩陣描述轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系相對(duì)定子坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，即為所矩陣；測(cè)量矩陣為傳感器測(cè)量直接得到的矩陣；而安裝矩陣與方位矩陣一般進(jìn)行標(biāo)定測(cè)試得到，可以認(rèn)為是確定的。假設(shè)初始時(shí)刻 為安裝坐標(biāo)系 S 上一點(diǎn)在定坐標(biāo)系的描述 X，則該點(diǎn)在安

圖 2.4 球形電機(jī)曲面打印六自由平臺(tái)的應(yīng)對(duì)曲面打印應(yīng)用場(chǎng)景的姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，相對(duì)前面的測(cè)量三軸加速度計(jì)（AccelerM）對(duì)移動(dòng)平臺(tái)加速度進(jìn)行測(cè)量，并算中。xznABX0Z0AyY0CO噴頭曲面基底噴頭: Z水平位移臺(tái) : X,Y球形電機(jī) : α,β,γ(設(shè)備坐標(biāo)系)pAXYZ水平位移臺(tái)球形電機(jī)
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本文編號(hào)：2836606