基于MEMS加速度計和陀螺儀的傾角測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、現(xiàn)今，微機電系統(tǒng)的不斷發(fā)展帶動了諸如加速度計、陀螺儀等元件的相關(guān)應(yīng)用，越來越多的學(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量系統(tǒng)、設(shè)備安裝以及建筑、路面、港口等工程機械領(lǐng)域都需要進行傾角的測量，雖然傾角傳感器的測量精度較高，但價格比較昂貴，相對來說，微加速計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，因此使用微加速計和微陀螺儀來組成傾角測量系統(tǒng)存在一定的優(yōu)勢。大多數(shù)研究僅使用微加速計進行傾角測量

2、的構(gòu)建，但由于加速計在高速運動過程中會受到運動加速度的影響，從而對角度的測量產(chǎn)生誤差;另一方面，如果單獨使用陀螺儀進行角度測量，雖然陀螺儀在高速運動中測量精度較高，但最終要得到的角度是將陀螺儀測量的角速度通過積分運算獲取，在這過程中，誤差便會因為陀螺儀的漂移而不斷累積，因此將加速計和陀螺儀進行融合獲取角度值是有必要的。鑒于此，本研究首先從“均值、標準差和極差值”方面分析、比較互補濾波器、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濾波器，將其應(yīng)用于加速計信號和陀螺儀信號的融合。最終，提出了一個低成本的、高精度的傾角檢測系統(tǒng)，使用ADuC7020型號的微控制器負責(zé)處理慣性感測器測量到的信號，這是其中最重要的一環(huán)，負責(zé)讀取傳感器的信號，對傳感器初始化、校準，將加速度信號和角速度信號通過互補濾波器進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器為型號MPU9150的三軸加速度計和三軸陀螺儀，負責(zé)收集數(shù)據(jù)，微控制器處理數(shù)據(jù)之后