兩輪車用傳感器融合角度的獲得方法技術

本發明專利技術公開了一種兩輪車用傳感器融合角度的獲得方法，其包括兩輪車上設置有作為零點電壓的參考電源及模糊控制器，陀螺儀的輸出電壓及加速度傳感器的輸出電壓與所述零點電壓比較后產生差值通過內部模/數轉換器讀取后轉化為數字量，然后將所得數據經利用kalman濾波器進行處理計算出輸出的融合角度值，所述模糊控制器采集到輸出的融合角度值并得到相應的估計值，kalman濾波器利用輸出的融合角度值與相應估計值之差得到殘差。所述模糊控制器模糊輸入殘差模值，進一步控制輸出的融合角度值。本發明專利技術兩輪車用傳感器融合角度的獲得方法利用kalman濾波器及kalman濾波器殘差更為準確真實的計算出倒立擺偏轉角度值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種信息處理領域，尤其是涉及一種兩輪車用傳感器融合角度的獲 得方法。
技術介紹
陀螺儀技術經歷了相當一段時間的發展，經典陀螺儀具有高速旋轉的剛體轉子， 依靠自身的性能可以捕獲自身的姿態。它最早是用于航海導航，后來在航空和航天事業中 也得到廣泛的應用。陀螺儀基本原理是運用物體高速旋轉時，強大的角動量使旋轉軸一直 穩定指向一個方向的性質，所制造出來的定向儀器。加速度傳感器技術是慣性和力的檢測綜合體，目前在汽車電子和消費電子領域有 較多的應用。加速度傳感器通過實時采集運動件加速度信號，在器件處于相對穩定的狀態 下，通過分析傳感器件自身重力加速度，得到目前器件的自身姿態。但是在自平衡兩輪車系統中，陀螺儀的輸出是倒立擺偏轉角速度信息，再計算出 倒立擺的角度值；加速度傳感器的輸出是當前物體的加速度，再計算出倒立擺的偏轉角。對 于倒立擺偏轉角確定而言，陀螺儀技術及加速度傳感器技術都存在運動件自態與運動狀態 很難完全體現的不足。兩輪車在自態不斷變化的情況下，單獨利用陀螺儀或加速度傳感器 進行偏轉角確定存在真實性和穩定性問題。
技術實現思路
本專利技術是針對上述
技術介紹
存在的缺陷提供一種兩輪車用傳感器融合角度的獲 得方法，使得倒立擺偏轉角分析和處理的結果準確真實。為實現上述目的，本專利技術公開了一種，包括 以下步驟(1)在兩輪車上固定有陀螺儀和加速度傳感器，兩輪車上設置有參考電源，所述參考電 源電壓設定為零點電壓；(2)陀螺儀采集兩輪車上角速度信號，加速度傳感器采集兩輪車上對應加速度信號；(3)陀螺儀的輸出電壓及加速度傳感器的輸出電壓通過與所述零點電壓比較后產生差 值，所述差值通過兩輪車控制系統內部模/數轉換器讀取后轉化為數字量，得到陀螺儀的 輸出與加速度傳感器的輸出；(4)陀螺儀的輸出通過積分處理可以計算出陀螺儀偏轉角度，加速度傳感器的輸出通 過與重力加速度的關系可計算出倒立擺偏轉角，將所得數據經kalman濾波器進行處理計 算出輸出的融合角度值；(5)所述兩輪車控制系統內部設置有可對輸出的融合角度值進行真實判斷的模糊控制 器，所述模糊控制器采集到輸出的融合角度值并得到相應的估計值，kalman濾波器利用輸 出的融合角度值與相應估計值之差得到殘差。所述模糊控制器模糊輸入殘差模值，進一步 控制輸出的融合角度值。進一步地，所述陀螺儀及加速度傳感器所采集的數據計算出融合角度值的公式 是fused_angle=(1-kg)*(fused_angle+ J anglerate 氺dt)+kg氺A氺 arcsin (acc)其中fused_angle為融合角度值的輸出，anglerate為陀螺儀的輸出，acc為加速度傳 感器的輸出，A為系統參數，A* arcsin (acc)為倒立擺偏轉角,kg為通過kalman濾波器計 算出的調整因子；進一步地，所述A取值為57. 29。綜上所述，本專利技術通過在兩輪車上固定陀螺 儀及加速度傳感器，利用kalman濾波器將陀螺儀的輸出數據和加速度傳感器的輸出數據 進行融合，同時利用kalman濾波器殘差更為準確真實的計算出倒立擺偏轉角度值。附圖說明圖1為本專利技術模糊控制器及kalman濾波器算法步驟。具體實施方式為能進一步了解本專利技術的特征、技術手段以及所達到的具體目的、功能，下面結合 附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步詳細描述。本專利技術，通過如下步驟實現(1)在兩輪車上固定有陀螺儀和加速度傳感器，兩輪車上設置有參考電源，所述參考電 源電壓設定為零點電壓；(2)陀螺儀采集兩輪車上角速度信號，加速度傳感器采集兩輪車上對應加速度信號；(3)陀螺儀的輸出電壓及加速度傳感器的輸出電壓通過與所述零點電壓比較后產生差 值，所述差值通過兩輪車控制系統內部模/數轉換器(ADC)讀取后轉化為數字量，得到陀螺 儀的輸出anglerate與加速度傳感器的輸出acc。(4)陀螺儀的輸出anglerate通過積分處理可以計算出陀螺儀偏轉角度gyro,進 行必要的數據處理后，可以計算出陀螺儀偏轉角度gyro gyro = J anglerate*dt當倒立擺靜止時，其只受到重力加速度的影響，通過必要的數據處理后，可以計算出當 前倒立擺的偏轉角acc_angle acc_angle= A*arcsin(acc)當倒立擺受到外力作用(如輪子)而具有X方向的加速度時，通過必要的數據處理后，可 以計算出輸出的融合角度值fused_angle fused_angle=(1-kg)*(fused_angle+ J anglerate 氺dt)+kg氺A氺 arcsin(acc)其中A為系統參數，本實施例中其設定值為57. 29，kg為調整因子，是通過kalman濾波 器計算出的卡爾曼增益。(5)所述兩輪車控制系統內部設置有可對輸出的融合角度值進行真實判斷的模糊 控制器，如圖1所示，所述模糊控制器采集到輸出的融合角度值并能精確、迅速地得到相應 的估計值，kalman濾波器利用輸出的融合角度值與相應估計值之差得到殘差。所述模糊控制器基于殘差將輸出的融合角度值的異常數據進行處理，并調整相應估計值使得kalman 濾波器輸出殘差趨近于零。所述殘差模值越大，輸出的融合角度值失真越嚴重。所述模糊 控制器模糊輸入殘差模值，進而模糊調整kalman濾波器輸出殘差的方差，進一步控制輸出 的融合角度值。綜上所述，本專利技術通過在兩輪車上固定陀螺 儀及加速度傳感器，利用kalman濾波器將陀螺儀的輸出數據和加速度傳感器的輸出數據 進行融合，同時利用kalman濾波器殘差更為準確真實的計算出倒立擺偏轉角度值。以上所述實施例僅表達了本專利技術的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本專利技術范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說， 在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本專利技術的保護范 圍。因此，本專利技術的保護范圍應以所附權利要求為準。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種兩輪車用傳感器融合角度的獲得方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）在兩輪車上固定有陀螺儀和加速度傳感器，兩輪車上設置有參考電源，所述參考電源電壓設定為零點電壓；（2）陀螺儀采集兩輪車上角速度信號，加速度傳感器采集兩輪車上對應加速度信號；（3）陀螺儀的輸出電壓及加速度傳感器的輸出電壓通過與所述零點電壓比較后產生差值，所述差值通過兩輪車控制系統內部模/數轉換器讀取后轉化為數字量，得到陀螺儀的輸出與加速度傳感器的輸出；（4）陀螺儀的輸出通過積分處理可以計算出陀螺儀偏轉角度，加速度傳感器的輸出通過與重力加速度的關系可計算出倒立擺偏轉角，將所得數據經kalman濾波器進行處理計算出輸出的融合角度值；（5）所述兩輪車控制系統內部設置有可對輸出的融合角度值進行真實判斷的模糊控制器，所述模糊控制器采集到輸出的融合角度值并得到相應的估計值，kalman濾波器利用輸出的融合角度值與相應估計值之差得到殘差，所述模糊控制器模糊輸入殘差模值，進一步控制輸出的融合角度值。

【技術特征摘要】
1.一種兩輪車用傳感器融合角度的獲得方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)在兩輪車上固定有陀螺儀和加速度傳感器，兩輪車上設置有參考電源，所述參考電源電壓設定為零點電壓； (2)陀螺儀采集兩輪車上角速度信號，加速度傳感器采集兩輪車上對應加速度信號； (3)陀螺儀的輸出電壓及加速度傳感器的輸出電壓通過與所述零點電壓比較后產生差值，所述差值通過兩輪車控制系統內部模/數轉換器讀取后轉化為數字量，得到陀螺儀的輸出與加速度傳感器的輸出； (4)陀螺儀的輸出通過積分處理可以計算出陀螺儀偏轉角度，加速度傳感器的輸出通過與重力加速度的關系可計算出倒立擺偏轉角，將所得數據經kalman濾波器進行處理計算出輸出的融合角度值； (5)所述兩輪車控制系統內部設置有可對輸出的融合角度值進行真實判斷的模糊控制器，所述模糊控制器采集到輸出的融合角度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭蓋華，涂超，周偉，
申請(專利權)人：東莞易步機器人有限公司，
類型：發明
國別省市：