基于MEMS加速度計(jì)和陀螺儀的傾角測(cè)量系統(tǒng)的研究.pdf

1、現(xiàn)今，微機(jī)電系統(tǒng)的不斷發(fā)展帶動(dòng)了諸如加速度計(jì)、陀螺儀等元件的相關(guān)應(yīng)用，越來(lái)越多的學(xué)者致力于與其相關(guān)的研究中。在許多應(yīng)用中，比如空間飛行器的慣性測(cè)量系統(tǒng)、設(shè)備安裝以及建筑、路面、港口等工程機(jī)械領(lǐng)域都需要進(jìn)行傾角的測(cè)量，雖然傾角傳感器的測(cè)量精度較高，但價(jià)格比較昂貴，相對(duì)來(lái)說(shuō)，微加速計(jì)和微陀螺儀的成本就低的多，且體積微小，穩(wěn)定性和可靠性方面也較高，因此使用微加速計(jì)和微陀螺儀來(lái)組成傾角測(cè)量系統(tǒng)存在一定的優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)研究?jī)H使用微加速計(jì)進(jìn)行傾角測(cè)量

2、的構(gòu)建，但由于加速計(jì)在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到運(yùn)動(dòng)加速度的影響，從而對(duì)角度的測(cè)量產(chǎn)生誤差;另一方面，如果單獨(dú)使用陀螺儀進(jìn)行角度測(cè)量，雖然陀螺儀在高速運(yùn)動(dòng)中測(cè)量精度較高，但最終要得到的角度是將陀螺儀測(cè)量的角速度通過(guò)積分運(yùn)算獲取，在這過(guò)程中，誤差便會(huì)因?yàn)橥勇輧x的漂移而不斷累積，因此將加速計(jì)和陀螺儀進(jìn)行融合獲取角度值是有必要的。鑒于此，本研究首先從“均值、標(biāo)準(zhǔn)差和極差值”方面分析、比較互補(bǔ)濾波器、梯度下降法和卡爾曼濾波器這幾種常用的融合方法的精確

3、度，最終確定使用精確度最高的互補(bǔ)濾波器，將其應(yīng)用于加速計(jì)信號(hào)和陀螺儀信號(hào)的融合。最終，提出了一個(gè)低成本的、高精度的傾角檢測(cè)系統(tǒng)，使用ADuC7020型號(hào)的微控制器負(fù)責(zé)處理慣性感測(cè)器測(cè)量到的信號(hào)，這是其中最重要的一環(huán)，負(fù)責(zé)讀取傳感器的信號(hào)，對(duì)傳感器初始化、校準(zhǔn)，將加速度信號(hào)和角速度信號(hào)通過(guò)互補(bǔ)濾波器進(jìn)行融合從而獲取高精度的傾角信息等等。其中所使用的慣性感測(cè)器為型號(hào)MPU9150的三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀，負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，微控制器處理數(shù)據(jù)之后