四轴起飞时，发出触发信号使导航模块开始工作，同时读取ICM20602的加速度计、陀螺仪数据，对数据卡尔曼滤波后姿态解算，对角度与角速度采取串级PID调节。控制系统算法设计主要有ICM20602滤波算法，姿态解算算法、串级PID控制算法和定高部分控制算法。碍于篇幅所限，下面介绍最重要的串级PID控制算法和定高部分控制算法。地理坐标系中重力的水平分量为零，仅用三轴陀螺仪和三轴加速度计无法计算出航向角，由于巡线机器人保持稳定飞行只需要横滚角（roll）和俯仰角（pitch），所以四元数转换成欧拉角。定高控制算法采用的是增量式PID控制，定高控制的输出最后与姿态控制的输出叠加到四个电机的控制中。数据滤波使用的是低通滤波，采用近三次的平均值。为了防止姿态对激光测距的影响及减小高度控制对姿态控制的干扰使用欧拉角来校正高度值，即Hight=(float)Hight*(cos(roll)* cos(pitch))。将四元数转换后的欧拉角与陀螺仪测出来的角速度进行串级PID控制，其中欧拉角作为外环，角速度作为内环。外环的PID以及内环的PD设定值为测试数据值。由于内环的角速度控制不需要无静差,所以内环采用PD控制,为防止测量的误差造成较大影响,外环积分需要限幅。
标签： 传感器
上传时间： 2022-06-24
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STM32飞控源码,stm32f103主控，陀螺仪数据传感，外加姿态解算算法
标签： stm32
上传时间： 2022-07-08
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高度数据的准确获取是飞控系统研制过程中极其重要的一环，是保证无人飞行器按照一定高程工作、平稳着陆的先决条件。但对于低成本惯性导航解算，位置漂移严重[]，虽可通过加速度计姿态校正来抑制部分漂移，但解算出的速度与位置仍然不准确。因此需利用除惯导外的其它传感器测量值作为位置观测量参与滤波，在抑制位置漂移的情况下，修正速度与加速度，提高高程数据的精度。目前文献中大多是将惯性导航作为一个整体，对惯导的三维位置及速度进行滤波。如SINS/GPS组合导航，通过组合导航对SINS速度及位置漂移进行抑制[2][3]。但是当只需要高度方向上的数据时，此种做法往往计算量大，步骤繁琐，且整体滤波兼顾经度、纬度、高程等多个因素，反而影响了高度方向的滤波效果，且当SINS/GPS组合导航中的GPS信号较差时，得到的高度观测量误差也大。可见，当单一的高度传感器观测数据出现异常时，滤波后的高度也会出现异常。针对单传感器无法适应复杂工作环境的缺点，本文结合GPS、气压计及惯导系统的优点，来抑制惯导高度方向上的发散。通过构建GPS与气压计数据的权重模型获得高度方向观测量，使用互补滤波算法融合惯导数据与求得的观测量得到更为精确的高度观测值。算法简易，鲁棒性好，可在嵌入式飞控板中实时运行。
上传时间： 2022-07-16
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四轴飞行器拥有四个旋翼，属于多旋翼直升机。四轴飞行器具有四个成对称分布的旋翼。它通过控制四个旋翼的旋转速度而非机械结构来实现各种飞行动作。四轴飞行器具有成本低、机体结构简单、没有机械结构、飞行稳定性好、重量轻、有利于小型化无人化等特点。因此可以应用在人无法到达的一些复杂环境之中。目前四旋翼飞行器等多旋翼飞行器已经在很多行业比如航空拍摄、遥感勘测、实时监控、军事侦察、喷洒农药中得到了广泛的应用，并已经形成了相关产业。四旋翼飞行器具有非线性控制、控制量多、飞行姿态控制过程复杂等特性。本课题基于实现四轴飞行器低成本小型化通用化的思路，通过研究剖析四旋翼飞行器飞行的原理，根据其数学模型和控制系统的功能要求，在MCU上实现了四旋翼飞行器的姿态数据的获取、飞行姿态解算以及飞行姿态控制。本课题硬件上采用stm32系列STM32F103C8T632位处理器作为主控制器负责分析处理数据，根据姿态运算结果，输出电机控制信号；主要使用惯性测量单元MPU-6050等传感器模块用于姿态信息的检测；采用场效应管驱动电路来驱动空心杯电机；蓝牙模块负责和上位机进行通信以实时采集飞行数据便于分析测试。整个软硬件系统均基于模块化设计的思想。各传感器采集飞行器的传感器数据都使用通用数字接口和MCU进行数据交换和通信。软件上，编写飞行姿态控制软件，在stm32单片机上实现了四元数法和卡尔曼滤波算法，解算出飞行器正确的姿态角，并使用PID控制进行姿态角的闭环控制，稳定飞行姿态。实验结果表明，本课题设计的四轴飞行器能够较好的自主达到稳定飞行状态，抗扰动能力强。飞行姿态控制算法完全实现了使四旋翼飞行器能在室内平稳飞行的控制要求。
上传时间： 2022-07-17
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在伺服系统中，为了实现高精度的控制，往往需要实时地检测出电动机转子的位置。用来检测电动机转子位置的角度传感器主要有光电编码器和旋转变压器。光电编码器虽然能够达到很高的精度，但是它的抗干扰性差，不宜应用在条件恶劣的场合中；相比较而言，旋转变压器（简称旋变）由于结构简单，坚固耐用，抗干扰性强，能够应用在各种条件恶劣的场合中，所以获得了越来越广泛的应用。 本文采用的旋变样机是一种新型的磁阻式旋转变压器。分析了它的定转子结构、定子绕组的连接方式以及转子形状的优化；并在此基础上，推导出了它的正余弦输出反电势的表达式；最后在电磁场分析软件Ansoft中，以样机为原型建立了仿真模型，分析了它内部的电磁场分布以及正余弦输出反电势的波形。 其次，本文设计了一种以DSP为核心的R2D电路系统。它以振荡电路产生的正弦波电压信号作为旋变的激励信号，加上相关的外围电路，构成了旋转变压器一数字转换器，解算出了旋变的轴角θ；并在此基础上，分析了产生角度解算误差的各种因素，同时计算出了旋变的转速n。 最后，在上述解算方案的基础上，本文又给出了第二种解算方案，即：DSP产生的方波经过滤波之后作为旋变的激励信号，解算出了旋变的轴角θ；然后比较了这两种解算方案的优缺点，重点分析了激励信号中的谐波分量对正余弦输出反电势以及角度解算的影响。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：pioneer_lvbo
为适应组合导航计算机系统的微型化、高性能度的要求，拓宽导航计算机的应用领域，本文设计出一种基于浮点型DSP(TMS320C6713)和可编程逻辑阵列器件(FPGA： EP1C12N240C8)协同合作的导航计算机系统。 论文在阐述了组合导航计算机的特点和应用要求后，提出基于DSP和FPGA的组合导航计算机系统方案。该方案以DSP为导航解算处理器，由FPGA完成IMU信号的采集和缓存以及系统控制信号的整合；DSP通过EMIF接口实现和FPGA通信。在此基础上研究了各扩展通信接口、系统硬件原理图和PCB的开发，且在FPGA中使用调用IP核来实现FIR低通滤波数据处理机抖激光陀螺的机抖振动的影响。其次，详细阐述了利用TI公司的DSP集成开发环境和DSP/BIOS准实时操作系统开发多任务系统软件的具体方案。本文引入DSP/BIOS实时操作系统提供的多任务机制，将采集处理按照功能划分四个相对独立的任务，这些任务在DSP/BIOS的调度下，按照用户指定的优先级运行，大大提高系统的工作效率。最后给了DSP芯片Bootloader的制作方法。 导航计算机系统研制开发是软、硬件研究紧密结合的过程。在微型导航计算机系统方案建立的基础上，本文首先讨论了系统硬件整体设计和软件开发流程；其次针对导航计算机系统各个功能模块以及多项关键技术进行了设计与开发工作，涉及系统数据通信模块、模拟信号采集模块和数据存储模块；最后，对导航计算机系统进行了联合调试工作，并对各个模块进行了详细的功能测试与验证，完成了微型导航计算机系统的制作。 以DSP/FPGA作为导航计算机硬件平台的捷联式惯性导航实时数据系统能够满足系统所要求的高精度、实时性、稳定性要求，适应了其高性能、低成本、低功耗的发展方向。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：lishuoshi1996
ASIC对产品成本和灵活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有较高的灵活性和较低的成本,然而抗干扰性和可靠性相对较低,运算速度也受到限制.常规ASIC的硬件具有速度优势和较高的可靠性及抗干扰能力,然而不是灵活性较差,就是成本较高.与传统硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的场可编程门阵列(FPGA)的出现,使建立在可再配置硬件基础上的进化硬件(EHW)成为智能硬件电路设计的一种新方法.作为进化算法和可编程器件技术相结合的产物,可重构FPGA的研究属于EHW的研究范畴,是研究EHW的一种具体的实现方法.论文认为面向分类的专用类可重构FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重构电路粒度划分的针对性更强、设计更易实现.论文研究的可重构FPGA的BCH通讯纠错码进化电路是一类ASR-FPGA电路的具体方法,具有一定的实用价值.论文所做的工作主要包括:(1)BCH编译码电路的设计——求取实验用BCH码的生成多项式和校验多项式及其相应的矩阵并构造实验用BCH码;(2)建立基于可重构FPGA的基核——构造具有可重构特性的硬件功能单元,以此作为可重构BCH码电路的设计基础;(3)构造实现可重构BCH纠错码电路的方法——建立可重构纠错码硬件电路算法并进行实验验证;(4)在可重构纠错码电路基础上,构造进化硬件控制功能块的结构,完成各进化RLA控制模块的验证和实现.课题是将可重构BCH码的编译码电路的实现作为一类ASR-FPGA的研究目标,主要成果是根据可编程逻辑电路的特点,选择一种可编程树的电路模型,并将它作为可重构FPGA电路的基核T;通过对循环BCH纠错码的构造原理和电路结构的研究,将基核模型扩展为能满足纠错码电路需要的纠错码基本功能单元T;以T作为再划分的基本单元,对FPGA进行"格式化",使T规则排列在FPGA上,通过对T的控制端的不同配置来实现纠错码的各个功能单元;在可重构基核的基础上提出了纠错码重构电路的嵌套式GA理论模型,将嵌套式GA的染色体串作为进化硬件描述语言,通过转换为相应的VHDL语言描述以实现硬件电路;采用RLA模型的有限状态机FSM方式实现了可重构纠错码电路的EHW的各个控制功能块.在实验方面,利用Xilinx FPGA开发系统中的VHDL语言和电路图相结合的设计方法建立了循环纠错码基核单元的可重构模型,进行循环纠错BCH码的电路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片进行了FPGA实现.课题在研究模型上选取的是比较基本的BCH纠错码电路,立足于解决基于可重构FPGA核的设计的基本问题.课题的研究成果及其总结的一套ASR-FPGA进化硬件电路的设计方法对实际的进化硬件设计具有一定的实际指导意义,提出的基于专用类基核FPGA电路结构的研究方法为新型进化硬件的器件结构的设计也可提供一种借鉴.
上传时间： 2013-07-01
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随着社会的进步，经济的发展以及我国入世以后汽车行业的迅速发展，使得国内交通车辆与日剧增，随之带来的交通拥挤、交通堵塞、车辆盗窃等一系列问题成为人们生活中最直接的安全隐患。运用无线通信技术、ARM技术和GPS定位技术的车辆监控系统可以有效的解决这些问题，满足运输效率和安全保障的需要，并且带来极大的经济效益和社会效益。 通过对车辆监控系统和相关技术的研究与分析，本文提出了基于ARM和GPS的车辆监控系统研究。与传统的单片机控制的车辆监控系统相比，该系统克服了单片机系统因其功能简单、无操作系统、程序移植性差而只能满足简单控制的缺点，能实现复杂任务的监控，例如显示复杂的电子地图、数据进行复杂计算、高端产品甚至有网络互联和Web浏览功能等等。同时该系统采用了GPRS无线通讯方式，具有资源利用率高、传输速率高、计费合理等特点，解决了以往采用SMS短消息通讯技术中存在的通讯费用高、消息延时和消息丢失等问题，提高了系统的实时性和可靠性。 论文首先介绍了在车辆监控系统中应用的GPS全球卫星定位技术和GPRS通用无线分组业务，在GPS定位技术中介绍了GPS系统组成、GPS信号和编码、定位原理以及GPS误差；在GPRS通讯技术中介绍了GPRS的概念、GPRS网络的总体结构、GPRS的主要优点及发展动向。 论文随后分为车辆监控系统总体结构与功能、车载端的研究与设计、监控中心的研究与数据库设计三大部分进行介绍。车辆监控系统由车载端、监控中心和两者之间的通讯网络三部分组成，车载端主要由GPS定位模块、GPRS通信模块和ARM数据处理与控制模块这三大模块构成；监控中心包括Internet接入设备、中心服务器、监控端计算机以及一些辅助设备等。车载端分布在各个移动车辆上，负责接受OPS卫星定位信息，通过数据控制处理器解算出车辆所处的位置坐标，坐标数据经过处理后通过GPRS模块，最后将数据通过通讯网络GPRS发送到监控中心的信息服务器，信息服务器将收到的车台数据经过预处理之后分发给监控终端。
上传时间： 2013-06-14
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由于全球定位系统在航天、航空、航海、海洋上程、大地测量、陆地导航以及军事上的大量运用及其广阔的应用前景，使得GPS接收机系统成为国内外相关领域竞相研究的对象。GPS系统的用户部分主要是各种型号的GPS接收机。所以GPS接收机中的微处理器的运算能力和功耗直接影响整机的性能。 本文所研究的是基于ARM微处理器和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系统开发及其在GPS接收机中的应用。介绍了OPS接收机设计原理，分析了接收机硬件模块的组成和功能，设计了由FPGA和ARM完成基带信号处理及导航解算的接收机，建立了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收机嵌入式硬件开发平台。研究了嵌入式实时操作系统μC/OS—Ⅱ，分析了其内核的组成结构：与处理器无关代码、处理器相关代码、与应用相关代码，并重点分析和配置了其中与处理器相关和与应用相关的代码部分，最终将其成功移植到ARM LPC2290微处理器上。建立了基于ARM LPC2290和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系统软件编译和调试的交叉环境，设计了运行在此环境下的中断和多任务来实现接收机信号处理、导航解算及显示等功能，最终完成了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收机软应用件设计。 总之，本文从研究嵌入式系统的软、硬件设计及其应用着手，掌握了嵌入式系统开发的核心技术，研制了基于ARM嵌入式开发平台的GPS接收机。
上传时间： 2013-04-24
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GPS全球定位系统是美国国防部为军事目的而建立的卫星导航系统，其主要目的是解决海上、陆地和空中运载工具的导航定位问题。GPS作为新一代卫星导航系统，不仅具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位能力，而且具有优良的抗干扰性和保密性。因此，发展全球定位系统是当今导航技术现代化的一个重要标志。在GPS接收机中，为了得到导航电文并对其进行解算，要完成复杂的信号处理过程。其中，怎样捕获到卫星信号，并对C/A码进行跟踪是研制GPS接收机的重要问题之一。本文在对GPS信号的结构进行深入的分析后，结合FPGA的特点，对算法进行设计及优化后，给出了相应的仿真。内容主要包括以下几个方面： 1.对GPS信号结构的产生原理进行了深入地分析，并对GPS信号的调制机理进行详细地阐述。 2.在GPS信号的捕获方面，采用了基于FFT频域的快速捕获的方法，即将接收到的GPS信号先利用快速傅立叶变换(FFT)变换到频域，在频域完成相应的运算后，再利用傅立叶反变换(IFFT)变换到时域。从而大大减少了计算量，加快了信号捕获的速度，提高了捕获性能。 3.在C/A码跟踪部分，本文采用了非相干延迟锁定环对C/A码进行跟踪。来自载波跟踪环路的本地载波将输入的信号变成基带信号，然后分别和本地码的三个不同相位序列进行相乘，将相乘结果进行累加，经过处理将得到码相位和当前的载波频率送到载波跟踪环路。 4.载波跟踪环，本文采用的是科斯塔斯环。载波跟踪环和码跟踪环在结构上相似，故本文只对关键的载波NCO进行了仿真。 本文的创新点主要是使用FPGA对整个GPS信号的捕获及C/A码的跟踪进行设计。此外，根据FPGA的特点，在不改变外部硬件设计的前提下，改变相应的IP核或相关的VHDL程序就可对系统进行各种优化设计，以适应不同类型的GPS接收机的不同功能。
上传时间： 2013-06-27
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