基于互补滤波器的两轮平衡车姿态角度测量.pdf

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1、第22卷第18期电子设计工程2014年9月Vol.22No.18ElectronicDesignEngineeringSep.2014基于互补滤波器的两轮平衡车姿态角度测量边群星，陈锟，陈郑洲（中南民族大学电子信息工程学院，湖北武汉430074）摘要：微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems，MEMS）陀螺仪和MEMS加速度计在两轮平衡车姿态测量中存在扰动和噪声，引起姿态角度测量误差。通过对陀螺仪和加速度计输入信号进行滑动扣除均值方法来抑制直流分量，利用滑动滤波算法抑制加速度计高频噪声，引入互补滤波算法

2、将预处理后的陀螺仪和加速度计信号进行融合，得到更加准确稳定的角度测量值，分析了融合算法中加权因子与滤波频率特征之间的关系。该方法应用到两轮平衡车的运行姿态角度控制中，提高了对姿态角度测量的精度。关键词：互补滤波；姿态角度测量；陀螺仪；加速度计中图分类号：TN820.5文献标识码：A文章编号：1674－6236（2014）18-0055-04Attitudeanglemeasurementoftwo-wheeledbalancevehiclebasedoncomplementaryfilterBIANQun-xing，CHENKun，CH

3、ENZheng-zhou（CollegeofElectronicsandInformationEngineering，South-centralUniversityforNationalities，Wuhan430074，China）Abstract:MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）gyroscopesandaccelerometersexistdisturbanceandnoisesinattitudemeasurementoftwo-wheeledvehicle，whichcausessig

4、nificantattitudeerrors.Toissuethisproblem，themeanslidingalgorithmappliedtothegyroscopeandaccelerometerinputsignalisusedtorestrainDCcurrent.Furthermore，high-frequencynoisesinaccelerometerissuppressedwithslidingfilteringalgorithm.Additionally，complementaryfilteringalgorith

5、mcouldcombinethepretreatmentsignalsfromgyroscopesandaccelerometertoobtainmuchmoreaccurateanglemeasurement.wealsoanalysestherelationshipbetweentheweightingfactorsandfrequencycharacteristic.Themethodproposedaboveisappliedtoanglecontrolintwo-wheeledvehicle，greatlyimprovingm

6、easurementaccuracy.Keywords:complementaryfilter；attitudeanglemeasurement；gyroscope；accelerometer两轮平衡车具有广阔的应用前景，使其成为了当前研多传感器数据的融合方法有神经网络、小波分析、卡尔究的热点。其中，两轮平衡车的姿态角度测量是研究的关曼滤波等姿态解算算法[5-9]，但这些方法建立稳定可靠的更新键问题之一。姿态角度测量是两轮平衡车运行和控制实现方程通常具有较高的阶数，且计算量大，不适合于低运算能的前提。姿态角度测量的精度和速度，将直接影响

7、两轮平力系统的实时计算。相比以上方法，互补滤波算法对处理器衡车控制算法的稳定性和可靠性。随着惯性测量元件的微运算速度要求不高，且简单可靠。本文基于互补滤波算法，设型化与微处理器运算能力的提高，两轮平衡车姿态测量普计了两轮平衡车姿态角度测量电路与数据处理算法，设计了遍采用低成本的惯性测量组合元件（InertialMeasurement信号滤波预处理，利用互补滤波算法融合两种传感器数据，Uint，IMU），结合微处理器数据处理算法实现高精度的姿分析了互补滤波算法中关键参数的计算方法。并将此方法应态测量。IMU主要由低成本的MEMS陀螺仪和三

8、轴加速度用于两轮平衡车角度测量，进行了验证性试验，给出了实验计组成[1-2]。MEMS陀螺仪有自主性好、功耗低、机电性能测试数据。好易集成等优点。但是，MEMS陀螺仪具有温度漂移特性，1姿态角度测量原理其测