本文關(guān)鍵詞：基于MPU6050的微小型無人機(jī)AHRS設(shè)計(jì)研究

  更多相關(guān)文章： 微小型無人機(jī) 航姿參考系統(tǒng) MEMS MPU6050

【摘要】：航姿參考系統(tǒng)(AHRS)是無人機(jī)飛控系統(tǒng)中提供實(shí)時(shí)航姿信息的重要組成部分。微小型無人機(jī)受自身載荷、功耗、尺寸及成本的限制,通常采用低成本MEMS慣性傳感器和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)構(gòu)成其AHRS,但測量精度較低。因此,研究基于低成本MEMS慣性傳感器的AHRS設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題,并尋求提高其精度的途徑和方法,具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。論文對(duì)基于低成本慣性測量單元MPU6050的微小型無人機(jī)AHRS設(shè)計(jì)中的MEMS慣性傳感器的標(biāo)定、溫度補(bǔ)償、隨機(jī)誤差補(bǔ)償以及無人機(jī)姿態(tài)解算等關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究,主要內(nèi)容包括:(1)深入分析了微小型無人機(jī)AHRS的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,以及商品化MEMS慣性傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀,并根據(jù)研究內(nèi)容,設(shè)計(jì)搭建了基于慣性測量單元MPU6050和微控制器STM32F103TBU6的微小型無人AHRS實(shí)驗(yàn)研究與測試的硬件平臺(tái)。(2)完成了實(shí)驗(yàn)研究與測試平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì),主要包括數(shù)據(jù)采集、標(biāo)定測試、姿態(tài)解算測試、數(shù)據(jù)封裝與發(fā)送等程序模塊。(3)深入分析比較了MEMS傳感器的隨機(jī)誤差補(bǔ)償算法,采用AR模型法結(jié)合離散Kalman濾波算法進(jìn)行隨機(jī)誤差補(bǔ)償,其效果良好。同時(shí),深入分析研究了MEMS加速計(jì)的零偏輸出、刻度因數(shù)和MEMS陀螺儀的零偏輸出的溫度補(bǔ)償方法。(4)深入分析研究了MEMS傳感器的標(biāo)定方法,并結(jié)合慣性測量單元MPU6050的自身特點(diǎn),對(duì)其三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀分別給出了基于12位置翻滾法和3位置法的標(biāo)定數(shù)據(jù)模型,并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測試,實(shí)驗(yàn)效果良好。(5)深入研究了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理,并分析比較了常用姿態(tài)解算算法。采用基于互補(bǔ)濾波器的四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)解算,并在實(shí)驗(yàn)研究與測試平臺(tái)上進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺(tái)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)測試,以及搭載無人機(jī)進(jìn)行了室外飛行實(shí)驗(yàn)測試,測試結(jié)果表明:基于MPU6050的AHRS能夠滿足微小型無人機(jī)的俯仰角和橫滾角測量需求。
【關(guān)鍵詞】：微小型無人機(jī) 航姿參考系統(tǒng) MEMS MPU6050
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 引言7-15
• 1.1 課題的研究背景和意義7
• 1.2 國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀7-11
• 1.2.1 微小型無人機(jī)AHRS研究現(xiàn)狀7-9
• 1.2.2 MEMS慣性傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.3 慣性測量單元MPU605011-13
• 1.4 研究目標(biāo)與主要工作內(nèi)容13
• 1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理15-24
• 2.1 常用坐標(biāo)系15-16
• 2.2 坐標(biāo)變換16-17
• 2.3 航姿參數(shù)解算17-20
• 2.4 姿態(tài)矩陣解算20-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 慣性測量單元的誤差補(bǔ)償24-38
• 3.1 慣性測量單元的測量方程24-26
• 3.2 慣性測量單元的標(biāo)定方法26-31
• 3.2.1 三軸加速度計(jì)的標(biāo)定28-30
• 3.2.2 三軸陀螺儀的標(biāo)定30-31
• 3.3 慣性單元的溫度補(bǔ)償31-34
• 3.3.1 三軸加速度計(jì)的溫度補(bǔ)償31-33
• 3.3.2 三軸陀螺儀的溫度補(bǔ)償33
• 3.3.3 溫度傳感器的標(biāo)定33-34
• 3.4 慣性單元的隨機(jī)誤差補(bǔ)償34-37
• 3.4.1 隨機(jī)誤差模型的建立34-35
• 3.4.2 離散Kalman濾波原理35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 實(shí)驗(yàn)研究與測試平臺(tái)的硬件系統(tǒng)38-48
• 4.1 測試平臺(tái)的硬件系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)38-39
• 4.2 機(jī)載平臺(tái)的硬件系統(tǒng)39-45
• 4.2.1 慣性測量單元41
• 4.2.2 主控制器41-43
• 4.2.3 微型航姿參考模塊43-44
• 4.2.4 無線數(shù)傳模塊44-45
• 4.3 雙軸電控轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)45-47
• 4.3.1 雙軸電控轉(zhuǎn)臺(tái)45-46
• 4.3.2 雙軸采集控制器46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 實(shí)驗(yàn)研究與測試平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)48-62
• 5.1 軟件總體功能結(jié)構(gòu)48-49
• 5.2 慣性測量單元標(biāo)定程序設(shè)計(jì)49-51
• 5.3 姿態(tài)矩陣解算程序設(shè)計(jì)51-52
• 5.4 數(shù)據(jù)幀接收與發(fā)送程序設(shè)計(jì)52-58
• 5.4.1 數(shù)據(jù)幀格式52-55
• 5.4.2 數(shù)據(jù)幀的接收與發(fā)送55-58
• 5.5 上位機(jī)軟件58-61
• 5.5.1 數(shù)據(jù)收發(fā)與幀格式設(shè)置58-59
• 5.5.2 數(shù)據(jù)顯示與保存59-61
• 5.6 本章小結(jié)61-62
• 第六章 實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析62-89
• 6.1 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析62-74
• 6.1.1 加速度計(jì)實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析62-67
• 6.1.2 陀螺儀實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析67-74
• 6.2 姿態(tài)解算實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析74-88
• 6.2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析74-77
• 6.2.2 轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析77-86
• 6.2.3 室外飛行實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析86-88
• 6.3 本章小結(jié)88-89
• 結(jié)論89-91
• 參考文獻(xiàn)91-94
• 致謝94

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本文編號(hào)：645620