[发明专利]一种角度融合算法验证校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种角度测试校正技术，特别涉及一种角度融合算法验证校正方法。

背景技术

目前，基于惯性传感器的姿态检测系统已被广泛应用于飞行器姿态控制、振动系统分析等工程实践上，为人们解决如何获取物体三维空间内的姿态问题提供了一种有效的方法，但是同时，这种基于惯性传感器的角度融合与姿态获取方案的实际误差往往不容易获得，在有些实际工程应用种会使用基于双GPS和光纤陀螺的高成本、高精度姿态检测系统，这对于一般工程应用而言造价太高，而且实验条件要求苛刻，不灵活。

发明内容

本发明是针对基于惯性传感器的姿态检测系统中角度融合验证精度要求高、成本高的问题，提出了一种角度融合算法验证校正方法，解决实际工程应用中角度融合算法的验证与校正，提供一种可靠的实验验证校正系统和角度读取对比方法。

本发明的技术方案为：一种角度融合算法验证校正方法，具体包括如下步骤：

1）建立验证校正系统：在水平平台同轴依次固定安装高精度角度传感器、电机与电机座、同轴联接器、第一轴承座、第二轴承座、联接器，联接器轴上挂摆杆，摆杆低端有摆锤，加速度传感器和陀螺仪放置在摆锤上；

2）微控制器设定摆动频率和最大摆动角度送电机驱动模块，电机开始工作，微处理器读取与单摆同轴相连的高精度角度传感器，微控制器根据设定，期望角度值算法为                                               ，其中为设定的最大摆动角度，f为设定摆动频率，设定中断时间为1ms，n为进入中断的次数，角度传感器获得的数据转化为的角度值和期望角度值之差，经过PID算法处理，得到相应的PWM信号输出控制电机转动方向、角度，实现摆臂摆动频率与用户设定摆动频率相吻合；

3）微控制器采集摆锤上加速度传感器和陀螺仪上数据送角度融合算法处理后作为摆动的实时角度，同时微处理器读取与单摆同轴相连的高精度角度传感器，作为实际角度；

4）微处理器将采集此刻的实时角度和实际角度经USART转USB模块转换后送上位机；

5）上位机将步骤4）得到的实时角度和实际角度进行对比，对角度拟合算法的计算参数进行调整，重新设定摆动频率和最大摆动角度，重复步骤2）到步骤4），得到不同频率下的对比值；

6）根据步骤5）所得各种摆动频率下的参数调整，对角度融合算法的动态、静态响应效果进行评估。

本发明的有益效果在于：本发明角度融合算法验证校正方法，独立、可靠、方便的角度融合算法实验验证校正系统，可满足一般工程实践要求，并且操作灵活方便、可靠性高。

附图说明

图1为本发明角度融合算法验证校正系统结构示意框图；

图2为本发明通过三轴加速度计获得某轴角度示意图；

图3为本发明角度融合算法示意图；

图4为本发明角度融合算法验证校正系统机械连接图；

图5为单摆摆动部分简化模型图；

图6为本发明角度融合算法验证校正系统中正弦函数傅里叶变换波形图；

图7为本发明上位机读取实际角度和拟合角度的效果；

图8为本发明改变融合算法中的放大系数得到的数据效果图；

图9为本发明角度融合算法实验验证系统软件流程图；

图10为本发明单摆摆动部分系统方框图。

具体实施方式

如图1所示角度融合算法验证校正系统硬件连接示意图，角度传感器与加速度、陀螺仪模块送入微控制器进行处理，按键模块将设定数据送入微处理器，微处理器输出控制信号通过伺服电机及电机驱动模块驱动摆臂运动，同时将计算数据经USART转USB模块转换后送上位机，电源模块给微处理器供电，微控制器内有高分辨率模数转换功能。

上位机用于显示角度传感器测量的角度值与角度融合算法处理后的角度值，角度传感器模块测量的单摆摆动角度，作为标准角度数值，用于校正角度融合算法的参数。用户可通过微控制器以及周边功能电路实现设定单摆的摆动频率。

一种通过惯性传感器获取单轴摆动角度的方法。在本系统特殊的安装环境下，使用三轴加速度计和三轴陀螺仪进行角度获取时，只需要用到三轴加速度两轴数据和陀螺仪一轴数据。利用加速度计获取单轴角度计算方法如图2所示。