本文關(guān)鍵詞：多傳感器移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測研究與實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：移動(dòng)機(jī)器人由于其結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用價(jià)值高而被廣泛地應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。為了使機(jī)器人獲得更高的可靠性和姿態(tài)精度,其姿態(tài)測控系統(tǒng)往往采用多傳感器布局,并且配套相應(yīng)的完好性檢測算法。本文以此為研究背景,提出了一種基于五個(gè)單自由度陀螺儀的冗余配置方案�；谠摲桨笜�(gòu)成的姿態(tài)測控系統(tǒng),分析和驗(yàn)證兩種傳統(tǒng)完好性檢測方法,并針對(duì)動(dòng)態(tài)條件下使用傳統(tǒng)主元分析方法無法檢測傳感器故障的問題提出了一種改進(jìn)方法,最后通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證改進(jìn)方法的有效性。首先,提出移動(dòng)機(jī)器人的工程應(yīng)用背景,通過分析機(jī)器人運(yùn)行過程中存在的安全可靠性問題,引出本文姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測的研究方向。同時(shí)介紹國內(nèi)外有關(guān)提高姿態(tài)測控系統(tǒng)可靠性而設(shè)計(jì)的傳感器配置研究現(xiàn)狀,以及國內(nèi)外有關(guān)傳感器系統(tǒng)完好性檢測方法的研究進(jìn)展。其次,從姿態(tài)測控系統(tǒng)的慣性傳感器配置方案著手,重點(diǎn)分析了多個(gè)傳感器配置原則。以提高姿態(tài)測控系統(tǒng)的安全可靠性,降低成本和易于實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)五個(gè)單自由度慣性傳感器冗余配置方案,并根據(jù)此方案研究其可靠性能和姿態(tài)估計(jì)精度。再次,在五個(gè)單自由度慣性傳感器構(gòu)成的姿態(tài)測控系統(tǒng)基礎(chǔ)上,介紹幾種常見的傳感器故障,概述經(jīng)典廣義似然比和主元分析方法的基本原理,并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這兩種方法用于完好性檢測所設(shè)計(jì)的姿態(tài)測控系統(tǒng)有效性。針對(duì)動(dòng)態(tài)條件下傳統(tǒng)主元分析方法無法對(duì)姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測問題,提出了結(jié)合奇偶預(yù)處理的改進(jìn)方法,通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該改進(jìn)算法的有效性。其次,本文還根據(jù)等效原理將重構(gòu)之后的陀螺儀角速率信息和加速度計(jì)信息經(jīng)過提出的改進(jìn)互補(bǔ)濾波算法進(jìn)行信息融合,提高了機(jī)器人初始姿態(tài)角收斂速度,增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。最后,通過設(shè)計(jì)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證了改進(jìn)主元分析方法的完好性檢測性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)方法針對(duì)動(dòng)態(tài)情況的姿態(tài)測控系統(tǒng)可以有效地檢測出故障傳感器。
【關(guān)鍵詞】：移動(dòng)機(jī)器人 STM32 完好性檢測 廣義似然比 主元分析 互補(bǔ)濾波
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 課題研究的背景與意義14
• 1.2 姿態(tài)測控系統(tǒng)多傳感器配置的發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16
• 1.3 完好性檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排17-19
• 第二章 基于完好性檢測的慣性傳感器配置方案19-34
• 2.1 高可靠性配置方案設(shè)計(jì)理論19-21
• 2.1.1 IMU級(jí)子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)19-20
• 2.1.2 傳感器級(jí)硬件結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2 單自由度慣性傳感器配置方案21-24
• 2.3 配置方案性能評(píng)估24-30
• 2.3.1 配置方案的可靠性24-27
• 2.3.2 配置方案的姿態(tài)估計(jì)性能27-28
• 2.3.3 配置方案的選擇策略28-30
• 2.4 移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)測控系統(tǒng)配置方案30-33
• 2.4.1 斜置角的確定30-32
• 2.4.2 所選方案可靠性評(píng)估32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測方法研究34-52
• 3.1 慣性傳感器故障類型及故障檢測性能指標(biāo)34-37
• 3.1.1 慣性傳感器故障分類和特征描述34-36
• 3.1.2 完好性檢測性能指標(biāo)36-37
• 3.2 基于廣義似然比的完好性檢測方法37-43
• 3.2.1 廣義似然比算法基本原理描述37-38
• 3.2.2 廣義似然比算法檢測策略38-39
• 3.2.3 廣義似然比算法隔離策略39-40
• 3.2.4 仿真驗(yàn)證分析40-43
• 3.3 基于主元分析的完好性檢測方法43-51
• 3.3.1 主元分析基本原理描述44-46
• 3.3.2 主元建模和主元個(gè)數(shù)選取46-47
• 3.3.3 主元分析故障檢測策略47-49
• 3.3.4 仿真驗(yàn)證分析49-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 姿態(tài)測控系統(tǒng)改進(jìn)的完好性檢測方法與信息融合52-65
• 4.1 改進(jìn)主元分析方法52-57
• 4.1.1 改進(jìn)主元分析基本原理描述52-54
• 4.1.2 改進(jìn)主元分析方法完好性檢測策略54-55
• 4.1.3 仿真驗(yàn)證分析55-57
• 4.2 慣性傳感器信息等效方法57-60
• 4.2.1 慣性傳感器等效原理57-58
• 4.2.2 最小二乘法擬合58-60
• 4.3 多種慣性傳感器信息融合60-63
• 4.3.1 互補(bǔ)濾波原理60
• 4.3.2 改進(jìn)的算法60-62
• 4.3.3 仿真驗(yàn)證分析62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 第五章 移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證65-78
• 5.1 移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)測控系統(tǒng)平臺(tái)模塊設(shè)計(jì)65-72
• 5.1.1 微處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)65-67
• 5.1.2 五陀螺儀模塊設(shè)計(jì)67-69
• 5.1.3 移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)69-71
• 5.1.4 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)71-72
• 5.2 姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性實(shí)驗(yàn)分析72-76
• 5.2.1 移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)測控系統(tǒng)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)73-75
• 5.2.2 移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)測控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)75-76
• 5.3 本章小結(jié)76-78
• 第六章 總結(jié)和展望78-80
• 6.1 工作總結(jié)78
• 6.2 后續(xù)研究工作展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 致謝85-86
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：442266