【技术实现步骤摘要】
一种基于四元数的姿态算法参数自动匹配系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种基于四元数的姿态算法参数自动匹配系统及方法，属于自动控制
技术介绍
[0002]伴随市场对起重机行驶安全性与舒适性、作业时平稳性和操控性、智能性越来越高的要求，作为完成车身精细的控制、智能化的基础元器件，惯性角度传感器(又称车身姿态检测惯性角度传感器)对于精度、准确性要求也越来越高。多元化传感检测单元以及多角度传感器信息融合技术，是起重机精确运动控制和智能化的基础。如何在起重机行驶或者作业过程中准确的检测和判断起重机车身姿态和臂架姿态，是实现对起重机进行智能化和控制的关键问题。
[0003]姿态通俗的说就是指我们站在地面上观察飞行器的俯仰(pitch)、横滚(roll)、航向(yaw)状态。作业设备需要实时知道当前自己的姿态，才能够根据需要操控其接下来的动作，例如保持平稳，翻滚。姿态数学模型是用来描述一个刚体的固连坐标系和参考坐标系之间的角位置关系(姿态角)。姿态算法五花八门，各种各样的都有，同一种算法还可以用不同的旋转表达方法实...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于四元数的姿态算法参数自动匹配系统，其特征在于，包括：校准转台：用于向上位机提供标准角度数据，便于角度传感器输出数值的比较；角度传感器：固定在校准转台上，是被标定样件，是姿态算法的载体，加载有初始化的姿态算法，用于向上位机传输角度传感器的角度值；上位机：用于控制校准转台旋转到某一角度；采集校准转台和角度传感器的角度值；根据所述标准角度数据和角度传感器的角度值，进行数据处理和姿态算法的参数优化，得到更新参数的姿态算法并输送给角度传感器。2.根据权利要求1所述的基于四元数的姿态算法参数自动匹配系统，其特征在于，所述上位机包括：转台控制模块，用于控制校准转台的旋转；转台数据采集模块，用于采集校准转台的角度值；角度传感器数据采集模块，用于采集角度传感器的输出角度值；姿态算法模块，用于计算角度传感器的输出值；角度传感器指标要求模块，用于获取角度传感器的响应速度、方位角精度、位置精度、加速度精度设定的要求；数据处理模块，通过对校准转台数据和角度传感器数据的处理，来确定匹配的参数是否符合要求；算法参数优化模块，用于针对四元数算法的Mahony姿态算法参数的自动匹配，以寻找姿态算法当中的最优参数，当某一参数代入姿态算法，使得角度传感器输出角度满足指标要求时，那么该参数就是所匹配的参数。3.根据权利要求2所述的基于四元数的姿态算法参数自动匹配系统，其特征在于，数据处理模块将校准转台的数据和角度传感器的数据进行数据处理，得到角度传感器的响应速度、方位角精度、位置精度、加速度精度；基于获取的角度传感器的响应速度、方位角精度、位置精度、加速度精度设定的要求，如果角度传感器的响应速度、方位角精度、位置精度、加速度精度满足设定的要求，则确定此时姿态算法的中的参数满足算法要求；如若数据处理结果不能满足角度传感器技术指标要求，则继续寻找其他参数带入姿态算法，再通过相应的姿态算法重新对角度传感器姿态进行解算，直至数据处理后能够满足角度传感器相关技术指标，得到优化后的参数；优化后的参数即为最终角度传感器姿态算法的参数。4.根据权利要求2所述的基于四元数的姿态算法参数自动匹配系统，其特征在于，所述算法参数优化模块的针对四元数算法的Mahony姿态算法参数的自动匹配方法包括：根据Mahony姿态算法原理，引入四元数，四元数包含一个实部，三个虚部，用q0+q1i+q2j+q3k表示，用向量表示为下式1；Mahony姿态解算需要角速度积分得到的姿态和加速度计得到的姿态；基于角速度积分得到的姿态通过四元数微分方程式2，使用前向差分法对其进行离散
化，得到离散化的方程式3；化，得到离散化的方程式3；其中，角标b表示设备坐标系，角标n表示导航坐标系，b
ω
表示设备坐标系的角速度，即陀螺仪的测量值；基于加速度计观测得到的姿态，通过加速度计测量得到三轴加速度；利用表示b系到n系的旋转矩阵，则b系中的向量
b
v通过左乘可转化为n系中的向量
n
v，即下式4；当IMU在导航坐标系静止时，加速度计的输出为：其中g为重力加速度；则加速度计在机体坐标系中的输出为：式5和式6通过旋转矩阵可得：对加速度计的测量值进行归一化，可得向量式8；将式7表示为四元数形式的矩阵，可得式9；则重力方向向量表示为式10；则向量叉积得到的误差为式11；E
rr<...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴军，刘会娟，王美娜，
申请(专利权)人：徐工集团工程机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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