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)機械支撐不可比擬的優(yōu)勢。然而在這種“軟式”支撐中，飛機模型的姿態(tài)不能像傳統(tǒng)的機械支撐那樣可通過機械支架及傳動部件輕易獲取。因為在“軟式”支撐中，飛機模型是懸空的，所以需要構(gòu)建獨立的飛機模型姿態(tài)測量系統(tǒng)，一方面提供風(fēng)洞試驗時飛機模型的姿態(tài)信息，另一方面給繩牽引并聯(lián)機構(gòu)的運動控制系統(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)機構(gòu)支撐的飛機模型提供較為準(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)。針對本文的繩牽引并聯(lián)機構(gòu)樣機中飛機模型內(nèi)部空間小的特點，選取了由三軸微陀螺儀、三軸微加速度計和磁強計組成的MEMS-IMU作為主要傳感器，構(gòu)建了飛機模型姿態(tài)測量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，包括電路設(shè)計、電路板制作等，為本文研究奠定了硬件基礎(chǔ)。
　　 其次，對飛機模型的姿態(tài)解算算法進行了研

3、究。用四元數(shù)算法對微陀螺儀輸出的角速率信號進行姿態(tài)解算，然后針對基于微加速度計和磁強計輸出的加速度信號和磁場強度信號進行姿態(tài)算法研究，并運用卡爾曼濾波的方法，將基于微加速度計和磁強計解算出的姿態(tài)對微陀螺儀解算出的飛行器模型姿態(tài)進行修正，減少了陀螺儀由于零點漂移和隨機噪聲產(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)。運用單目視覺測量系統(tǒng)輔助實現(xiàn)MEMS-IMU的校準(zhǔn)對齊，并將