[發明專利]一種基于六自由度運動平臺的電子穩定系統的設計方法

有效

• 申請號: 202110643923.9
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113377048B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李雨凡;司一凡;周函玉;張勐飛;尤延鋮;朱劍鋒
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G05D1/08
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種基于六自由度運動平臺的電子穩定系統的設計方法，屬于機械設計、自動化等技術領域。包括以下步驟：1)通過陀螺儀和加速度傳感器獲得載體(飛行器)的姿態信息；2)將姿態信息轉化為電信號通過集成電路傳輸；3)基于計算機PCI總線以DSP+FPGA架構建立六自由度運動控制系統；4)建立線性誤差模型，進行誤差矯正；5)六自由度座椅的核心機械結構的設計。實現在飛行器飛行過程中，減震座椅自動根據飛行器的搖擺、俯仰、旋轉狀態調整座椅三維空間下的狀態，從而使座椅上與地表保持相對姿態不變，達到減震效果。使用飛行器減震座椅的乘客不會因飛行器變速、轉彎、起降的加速度而感到不適，真正感受到平穩飛行。

技術領域

本發明屬于機械設計、自動化等技術領域，尤其是涉及應用傳感器及集成電路和運動控制系統進行姿態控制的一種基于六自由度運動平臺的電子穩定系統的設計方法。

背景技術

現有的載人飛行器座椅大多不具備減震功能，在飛行器載體進行變速、左右搖擺、前后俯仰、旋轉等產生某方向上的加速度、角加速度時，座椅上的乘客也會隨之身體左右搖晃、前后俯仰，造成不適，使用體驗感下降。

如何通過傳感器獲得姿態信息；如何將姿態信息以電信號形式通過集成電路傳輸至處理器；如何建立起六自由度運動控制系統；如何矯正通過運動控制系統得到的結果；如何設計可根據接受到的電信號隨時控制姿態的減震座椅是本領域技術人員亟待解決的難題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述問題，提供一種基于六自由度運動平臺的電子穩定系統的設計方法。

本發明包括以下步驟：

1)通過陀螺儀和加速度傳感器獲得載體(飛行器)的姿態信息；

2)將姿態信息轉化為電信號通過集成電路傳輸；

3)基于計算機PCI總線以DSP+FPGA架構建立六自由度運動控制系統；

4)建立線性誤差模型，進行誤差矯正；

5)六自由度座椅的核心機械結構的設計。

在步驟1)中，所述陀螺儀采用三軸MEMS陀螺儀，用于采集運載體軸向角速率傳輸數學平臺進行姿態運算得出姿態角，分別是航向角Ψ、橫滾角γ、俯仰角θ；

所述加速度傳感器采用三軸加速度計，用于分別采集3個軸向的加速度；

所述進行姿態運算得出姿態角的具體步驟可為：

陀螺儀所測得3個軸向在導航坐標系相對與地理坐標系下角速度矢量ω_tb＝[ψ，γ，θ]^T，角速度在導航坐標系下的投影為：

其中，分別表示x、y、z軸方向角速度；

代入四元素法中進行坐標變換，經過一次旋轉直接將導航坐標系轉變到地理坐標系下；四元素Q＝λ+p₁i+p₂j+p₃k描述的是載體的b系相對于t系的角位置，利用α轉角的三角函數得出規范化的四元素為：

得到姿態角：

基于加速度計進行姿態解算，對于靜止狀態下物體，其加速度計測量得到的三軸加速度數據a_x，a_r，a_z，其矢量和為當地的重力加速度，根據歐拉角的關系，利用即可求得物體的姿態角

在步驟2)中，所述將姿態信息轉化為電信號通過集成電路傳輸的具體步驟可為：