飞行器姿态检测与控制系统的制作方法
【专利摘要】飞行器姿态检测与控制系统属于控制系统【技术领域】，尤其涉及一种飞行器姿态检测与控制系统。本发明提供一种高精度和准确性的飞行器姿态检测与控制系统。本发明包括X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪、三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、微控制器、总线接口，其结构要点微控制器分别与三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、总线接口相连，第一滤波电路与X轴陀螺仪相连，第二滤波电路与Y轴陀螺仪相连。
【专利说明】 飞行器姿态检测与控制系统
【技术领域】
[0001]本发明属于控制系统【技术领域】，尤其涉及一种飞行器姿态检测与控制系统。
【背景技术】
[0002]MEMS惯性传感器具有体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低和可靠性高的优点，所以，基于MEMS传感器的小型化航姿测量系统成为航拍无人飞行器的首选。准确而实时地获得飞行器在空中的姿态角度，是决定控制精度和系统稳定性的关键然而，在低成本MEMS惯性传感器组成的航测系统中，由于微机械陀螺仪受温度、机械振动等因素的影响。存在较大的静态漂移误差，长时间的积分会导致姿态角发散，因此，不适用于长时间姿态角的确定。而加速度计可以输出测量系统运动时产生的加速度值，在静止或匀速运动的情况下，对测得的加速度进行解算还可以用于倾角测量。但由于加速度计同时对重力加速度和运动加速度敏感，当测量系统剧烈运动时，会产生较大的测量误差。所以，加速度计不适用于短时间姿态角的的测量。
【发明内容】
[0003]本发明就是针对上述问题，提供一种高精度和准确性的飞行器姿态检测与控制系统。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪、三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、微控制器、总线接口，其结构要点微控制器分别与三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、总线接口相连，第一滤波电路与X轴陀螺仪相连，第二滤波电路与Y轴陀螺仪相连。
[0005]作为一种优选方案,本发明所述微控制器为STM32F103。
[0006]作为另一种优选方案，本发明所述三轴加速度传感器为MMA7260。
[0007]本发明有益效果。
[0008]本发明结合陀螺仪和加速度计两种传感器各自的优点。采用卡尔曼滤波方法，对来自加速度计和陀螺仪的信号进行融合，解决噪声干扰与姿态最优估计问题。最终完成具有较高精度和准确性的多旋翼飞行器姿态检测与控制系统。
[0009]本发明研究了基于卡尔曼滤波的加速度计与陀螺仪的信号融合方法，在动态数据采集试验的基础上，通过卡尔曼滤波有效地补偿传感器漂移与测量噪声等因素对加速度计与陀螺仪的影响，减小了姿态角度测量误差，提高了运算精度，并将该方法成功应用于四旋翼飞行器姿态检测与控制系统中。实验结果表明了该方法的有效性，该方法适用于微小型机器人及飞行器中的姿态检测与控制，并有很好的鲁棒性，系统更快速的收敛性将是下一步研究的重点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0011]图1是本发明电路原理框图。
【具体实施方式】
[0012]如图所示，本发明包括X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪、三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、微控制器、总线接口，微控制器分别与三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、总线接口相连，第一滤波电路与X轴陀螺仪相连，第二滤波电路与Y轴陀螺仪相连。
[0013]所述微控制器为STM32F103。
[0014]所述三轴加速度传感器为MMA7260。
[0015]本发明以32位单片机STM32F103为核心，采用陀螺仪(ENC-03)和加速度传感器(MMA7260)做为姿态角反馈，并将测得的准确姿态角通过RS232串行总线发送到上位机示显。整个系统由加速度传感器、陀螺仪传感器、滤波电路、电源电路、MCU等部分组成。对于轴加速度传感器，当它的传感方向和重力加速度方向一致时，假如此时为零倾斜角度，设加速度传感器测量结果为F(0)，Θ为倾斜角度，g为重力加速度。
[0016]卡尔曼滤波器是一个最优化自回归数据处理算法。对于解决很大部分的问题，它是最优，效率最高甚至是最有用的。它的广泛应用已经超过30年，包括机器人导航，控制，传感器数据融合甚至在军事方面的雷达系统以及导弹追踪等。
[0017]可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.飞行器姿态检测与控制系统，包括X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪、三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、微控制器、总线接口，其特征在于微控制器分别与三轴加速度传感器、第一滤波电路、第二滤波电路、总线接口相连，第一滤波电路与X轴陀螺仪相连，第二滤波电路与Y轴陀螺仪相连。
2.据权利要求1所述飞行器姿态检测与控制系统，其特征在于所述微控制器为STM32F103。
3.根据权利要求1所述飞行器姿态检测与控制系统，其特征在于所述三轴加速度传感器为 MMA7260。
【文档编号】G05D1/08GK103809594SQ201210443477
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】姜韫英, 傅乃文 申请人:姜韫英