导　　师： 赵祚喜

学科专业： H0204

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 华南农业大学

摘　　要： 采用微惯性器件构造惯性航向、姿态系统是国际上近年来发展起来的新技术。利用MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS)技术设计系统，具有价格低廉、尺寸小、重量轻、集成度高、可靠性高、能承受恶劣的气候环境和机械环境、适合大批量生产等优点，在军事及民用领域受到重视。MEMS陀螺仪和MEMS加速度计是基于MEMS器件的航向姿态测量系统的主要传感器，它们的精度也影响着整个系统精度和性能。 多传感器融合是把多个传感器所提供的局部环境的不完整信息加以综合，形成对系统环境的相对一致的感知描述，是一个涉及到信息科学、计算机科学、自动化科学的复合型学科，是一个正处于发展中的研究方向。 本文首先介绍了平地铲姿态控制的研究目的与意义以及研究现状，接着介绍了微惯性导航系统，概述了微惯性器件国内外研究现状和发展方向，介绍了微惯性导航系统的基本原理和基础理论，给出了捷联矩阵的几种即时修正算法，采用四元数法作为系统的姿态更新算法，提高系统运算速度，减轻了计算机计算负担。 本文设计了一种低成本的水田激光平地机姿态控制系统，其特点是采用陀螺仪与加速度计通过传感器融合测定平地铲实时倾角，以保证平地铲在工作过程中保持水平。本文介绍了水田平地机的总体结构设计，平地铲姿态控制系统的构成，所用传感器的选择、工作原理以及安装方法。选用了美国ADI公司生产的加速度计ADXL203和陀螺仪ADXRS300，以及美国SILICON SENSING公司生产的陀螺仪CRS10，并采用AHRS参照和单轴伺服转台对加速度计ADXL203和陀螺仪ADXRS300进行了性能测试，结果达到了平地铲姿态控制要求；接着介绍了所用微惯性传感器的数据采集电路以及软件流程，详细说明了四元数法解算平地铲姿态的方法并给出了软件实现流程。最后设计了实验方案，采用AHRS(姿态航向参考系统)对系统性能进行了实验验证，并给出实验测试结果。结果表明平地铲姿态控制简单地采用四元数法并不能准确地测定平地铲实时姿态，存在明显的累积误差，因此四元数法应用于平地铲姿态控制必须进行初始校准和误差校正，或者必须采取有效的融合算法进行修正。

关 键 词： 水田激光平地机 惯性传感器 姿态控制 加速度计 微惯性导航系统

分 类 号： [S222.51 TP212.12]

领　　域： [农业科学] [农业科学] [自动化与计算机技术] [自动化与计算机技术]