[发明专利]一种基于六自由度运动平台的电子稳定系统的设计方法

说明书

一种基于六自由度运动平台的电子稳定系统的设计方法，属于机械设计、自动化等技术领域。包括以下步骤：1)通过陀螺仪和加速度传感器获得载体(飞行器)的姿态信息；2)将姿态信息转化为电信号通过集成电路传输；3)基于计算机PCI总线以DSP+FPGA架构建立六自由度运动控制系统；4)建立线性误差模型，进行误差矫正；5)六自由度座椅的核心机械结构的设计。实现在飞行器飞行过程中，减震座椅自动根据飞行器的摇摆、俯仰、旋转状态调整座椅三维空间下的状态，从而使座椅上与地表保持相对姿态不变，达到减震效果。使用飞行器减震座椅的乘客不会因飞行器变速、转弯、起降的加速度而感到不适，真正感受到平稳飞行。

技术领域

本发明属于机械设计、自动化等技术领域，尤其是涉及应用传感器及集成电路和运动控制系统进行姿态控制的一种基于六自由度运动平台的电子稳定系统的设计方法。

背景技术

现有的载人飞行器座椅大多不具备减震功能，在飞行器载体进行变速、左右摇摆、前后俯仰、旋转等产生某方向上的加速度、角加速度时，座椅上的乘客也会随之身体左右摇晃、前后俯仰，造成不适，使用体验感下降。

如何通过传感器获得姿态信息；如何将姿态信息以电信号形式通过集成电路传输至处理器；如何建立起六自由度运动控制系统；如何矫正通过运动控制系统得到的结果；如何设计可根据接受到的电信号随时控制姿态的减震座椅是本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于六自由度运动平台的电子稳定系统的设计方法。

本发明包括以下步骤：

1)通过陀螺仪和加速度传感器获得载体(飞行器)的姿态信息；

2)将姿态信息转化为电信号通过集成电路传输；

3)基于计算机PCI总线以DSP+FPGA架构建立六自由度运动控制系统；

4)建立线性误差模型，进行误差矫正；

5)六自由度座椅的核心机械结构的设计。

在步骤1)中，所述陀螺仪采用三轴MEMS陀螺仪，用于采集运载体轴向角速率传输数学平台进行姿态运算得出姿态角，分别是航向角Ψ、横滚角γ、俯仰角θ；

所述加速度传感器采用三轴加速度计，用于分别采集3个轴向的加速度；

所述进行姿态运算得出姿态角的具体步骤可为：

陀螺仪所测得3个轴向在导航坐标系相对与地理坐标系下角速度矢量ω_tb＝[ψ，γ，θ]^T，角速度在导航坐标系下的投影为：

其中，分别表示x、y、z轴方向角速度；

代入四元素法中进行坐标变换，经过一次旋转直接将导航坐标系转变到地理坐标系下；四元素Q＝λ+p₁i+p₂j+p₃k描述的是载体的b系相对于t系的角位置，利用α转角的三角函数得出规范化的四元素为：

得到姿态角：

基于加速度计进行姿态解算，对于静止状态下物体，其加速度计测量得到的三轴加速度数据a_x，a_r，a_z，其矢量和为当地的重力加速度，根据欧拉角的关系，利用即可求得物体的姿态角

在步骤2)中，所述将姿态信息转化为电信号通过集成电路传输的具体步骤可为：