本文關鍵詞：多傳感器移動機器人姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測研究與實現，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：移動機器人由于其結構簡單、實用價值高而被廣泛地應用于軍事和民用領域。為了使機器人獲得更高的可靠性和姿態(tài)精度,其姿態(tài)測控系統(tǒng)往往采用多傳感器布局,并且配套相應的完好性檢測算法。本文以此為研究背景,提出了一種基于五個單自由度陀螺儀的冗余配置方案。基于該方案構成的姿態(tài)測控系統(tǒng),分析和驗證兩種傳統(tǒng)完好性檢測方法,并針對動態(tài)條件下使用傳統(tǒng)主元分析方法無法檢測傳感器故障的問題提出了一種改進方法,最后通過實驗加以驗證改進方法的有效性。首先,提出移動機器人的工程應用背景,通過分析機器人運行過程中存在的安全可靠性問題,引出本文姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測的研究方向。同時介紹國內外有關提高姿態(tài)測控系統(tǒng)可靠性而設計的傳感器配置研究現狀,以及國內外有關傳感器系統(tǒng)完好性檢測方法的研究進展。其次,從姿態(tài)測控系統(tǒng)的慣性傳感器配置方案著手,重點分析了多個傳感器配置原則。以提高姿態(tài)測控系統(tǒng)的安全可靠性,降低成本和易于實現等幾個方面為出發(fā)點,設計五個單自由度慣性傳感器冗余配置方案,并根據此方案研究其可靠性能和姿態(tài)估計精度。再次,在五個單自由度慣性傳感器構成的姿態(tài)測控系統(tǒng)基礎上,介紹幾種常見的傳感器故障,概述經典廣義似然比和主元分析方法的基本原理,并通過仿真實驗驗證這兩種方法用于完好性檢測所設計的姿態(tài)測控系統(tǒng)有效性。針對動態(tài)條件下傳統(tǒng)主元分析方法無法對姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測問題,提出了結合奇偶預處理的改進方法,通過仿真實驗驗證了該改進算法的有效性。其次,本文還根據等效原理將重構之后的陀螺儀角速率信息和加速度計信息經過提出的改進互補濾波算法進行信息融合,提高了機器人初始姿態(tài)角收斂速度,增強系統(tǒng)的可靠性。最后,通過設計的硬件實驗平臺驗證了改進主元分析方法的完好性檢測性能。實驗結果表明改進方法針對動態(tài)情況的姿態(tài)測控系統(tǒng)可以有效地檢測出故障傳感器。
【關鍵詞】：移動機器人 STM32 完好性檢測 廣義似然比 主元分析 互補濾波
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 課題研究的背景與意義14
• 1.2 姿態(tài)測控系統(tǒng)多傳感器配置的發(fā)展現狀14-16
• 1.2.1 國外研究現狀15-16
• 1.2.2 國內研究現狀16
• 1.3 完好性檢測技術的發(fā)展現狀16-17
• 1.4 本文的主要內容及結構安排17-19
• 第二章 基于完好性檢測的慣性傳感器配置方案19-34
• 2.1 高可靠性配置方案設計理論19-21
• 2.1.1 IMU級子系統(tǒng)硬件結構19-20
• 2.1.2 傳感器級硬件結構20-21
• 2.2 單自由度慣性傳感器配置方案21-24
• 2.3 配置方案性能評估24-30
• 2.3.1 配置方案的可靠性24-27
• 2.3.2 配置方案的姿態(tài)估計性能27-28
• 2.3.3 配置方案的選擇策略28-30
• 2.4 移動機器人姿態(tài)測控系統(tǒng)配置方案30-33
• 2.4.1 斜置角的確定30-32
• 2.4.2 所選方案可靠性評估32-33
• 2.5 本章小結33-34
• 第三章 姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測方法研究34-52
• 3.1 慣性傳感器故障類型及故障檢測性能指標34-37
• 3.1.1 慣性傳感器故障分類和特征描述34-36
• 3.1.2 完好性檢測性能指標36-37
• 3.2 基于廣義似然比的完好性檢測方法37-43
• 3.2.1 廣義似然比算法基本原理描述37-38
• 3.2.2 廣義似然比算法檢測策略38-39
• 3.2.3 廣義似然比算法隔離策略39-40
• 3.2.4 仿真驗證分析40-43
• 3.3 基于主元分析的完好性檢測方法43-51
• 3.3.1 主元分析基本原理描述44-46
• 3.3.2 主元建模和主元個數選取46-47
• 3.3.3 主元分析故障檢測策略47-49
• 3.3.4 仿真驗證分析49-51
• 3.4 本章小結51-52
• 第四章 姿態(tài)測控系統(tǒng)改進的完好性檢測方法與信息融合52-65
• 4.1 改進主元分析方法52-57
• 4.1.1 改進主元分析基本原理描述52-54
• 4.1.2 改進主元分析方法完好性檢測策略54-55
• 4.1.3 仿真驗證分析55-57
• 4.2 慣性傳感器信息等效方法57-60
• 4.2.1 慣性傳感器等效原理57-58
• 4.2.2 最小二乘法擬合58-60
• 4.3 多種慣性傳感器信息融合60-63
• 4.3.1 互補濾波原理60
• 4.3.2 改進的算法60-62
• 4.3.3 仿真驗證分析62-63
• 4.4 本章小結63-65
• 第五章 移動機器人姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測實驗驗證65-78
• 5.1 移動機器人姿態(tài)測控系統(tǒng)平臺模塊設計65-72
• 5.1.1 微處理器系統(tǒng)設計65-67
• 5.1.2 五陀螺儀模塊設計67-69
• 5.1.3 移動機器人平臺電機驅動設計69-71
• 5.1.4 液晶顯示模塊設計71-72
• 5.2 姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性實驗分析72-76
• 5.2.1 移動機器人姿態(tài)測控系統(tǒng)靜態(tài)實驗73-75
• 5.2.2 移動機器人姿態(tài)測控系統(tǒng)動態(tài)實驗75-76
• 5.3 本章小結76-78
• 第六章 總結和展望78-80
• 6.1 工作總結78
• 6.2 后續(xù)研究工作展望78-80
• 參考文獻80-85
• 致謝85-86
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文86

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 邵玉萍;何昆鵬;;冗余MEMS-IMU誤差補償技術研究[J];應用科技;2015年02期

2 譚民;王碩;;機器人技術研究進展[J];自動化學報;2013年07期

3 唐圣金;郭曉松;王振業(yè);司小勝;;基于故障樹的多光纖陀螺冗余系統(tǒng)可靠性分析[J];中國慣性技術學報;2013年02期

4 富立;王新玲;岳亞洲;;基于可靠性分析的最優(yōu)冗余配置數量確定方法[J];北京航空航天大學學報;2010年09期

5 祝燕華;蔡體菁;楊卓鵬;;MEMS-IMU/GPS組合導航系統(tǒng)的實現[J];中國慣性技術學報;2009年05期

6 楊柏軍;潘鴻飛;才曉鋒;;慣性冗余系統(tǒng)奇偶向量法故障檢測與識別技術研究[J];戰(zhàn)術導彈技術;2009年04期

7 高豫強;祝君冬;趙剡;;捷聯式慣導系統(tǒng)陀螺儀冗余配置研究[J];戰(zhàn)術導彈技術;2008年02期

8 常波;周徐昌;胡博;;單自由度陀螺儀冗余系統(tǒng)的故障檢測與識別[J];兵工自動化;2007年12期

9 葛太坤;付瑩貞;趙剡;;捷聯慣性冗余測量單元可靠性分析[J];科技資訊;2007年33期

10 王天真;湯天浩;文成林;黃洪瓊;;相對主元分析方法及其在故障檢測中的應用[J];系統(tǒng)仿真學報;2007年13期

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

1 茅力非;兩輪自平衡移動機器人建模與控制研究[D];華中科技大學;2013年

  本文關鍵詞：多傳感器移動機器人姿態(tài)測控系統(tǒng)完好性檢測研究與實現，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：442266