基于MEMS-IMU的飛行器模型姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、將繩牽引關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于低速風(fēng)洞模型支撐是近年來提出的一種新概念。它具有傳統(tǒng)機(jī)械支撐不可比擬的優(yōu)勢。然而在這種“軟式”支撐中，飛機(jī)模型的姿態(tài)不能像傳統(tǒng)的機(jī)械支撐那樣可通過機(jī)械支架及傳動(dòng)部件輕易獲取。因?yàn)樵凇败浭健敝沃?，飛機(jī)模型是懸空的，所以需要構(gòu)建獨(dú)立的飛機(jī)模型姿態(tài)測量系統(tǒng)，一方面提供風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)飛機(jī)模型的姿態(tài)信息，另一方面給繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)反饋信息，以提高控制精度。
　　 本文構(gòu)建了基于MEMS-IMU的慣性測量系統(tǒng)

2、，可以為繩牽引關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)支撐的飛機(jī)模型提供較為準(zhǔn)確的姿態(tài)信息。本文的主要工作和成果如下所述。
　　 首先，構(gòu)建基于MEMS-IMU的姿態(tài)測量硬件系統(tǒng)。針對(duì)本文的繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)樣機(jī)中飛機(jī)模型內(nèi)部空間小的特點(diǎn)，選取了由三軸微陀螺儀、三軸微加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)組成的MEMS-IMU作為主要傳感器，構(gòu)建了飛機(jī)模型姿態(tài)測量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，包括電路設(shè)計(jì)、電路板制作等，為本文研究奠定了硬件基礎(chǔ)。
　　 其次，對(duì)飛機(jī)模型的姿態(tài)解算算法進(jìn)行了研

3、究。用四元數(shù)算法對(duì)微陀螺儀輸出的角速率信號(hào)進(jìn)行姿態(tài)解算，然后針對(duì)基于微加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)輸出的加速度信號(hào)和磁場強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行姿態(tài)算法研究，并運(yùn)用卡爾曼濾波的方法，將基于微加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)解算出的姿態(tài)對(duì)微陀螺儀解算出的飛行器模型姿態(tài)進(jìn)行修正，減少了陀螺儀由于零點(diǎn)漂移和隨機(jī)噪聲產(chǎn)生的誤差。
　　 接著，為基于MEMS-IMU的姿態(tài)測量系統(tǒng)建立了輔助測量系統(tǒng)——單目視覺測量系統(tǒng)。運(yùn)用單目視覺測量系統(tǒng)輔助實(shí)現(xiàn)MEMS-IMU的校準(zhǔn)對(duì)齊，并將