三轴惯性传感器ADISl6355在姿态检测中的应用
2．3 电源模块
电源模块主要为STM32F103VB、共模电感器ADISl6355和无线数据传输模块供电，其电路设计如图4所示。锂电池提供的11．1 V电源经ASMlll7-5．O转换为5 V，再经过ASMlll7-3．3转换为3．3 V。其中，5 V为ADISl6355提供电源，3．3 V为STM32F103VB和无线数据传输模块提供电源。Dl是用于电源指示的LED，Rl为O．5 A一体成型电感可恢复保险。
3 四轴飞行器姿态估计
四轴飞行器的姿态主要指它在地面坐标系中的3个姿态角，即俯仰角、横滚角和偏航角。其中，俯仰角和横滚角可以通过对陀螺的角速度积分得到，也可通过3个轴向的加速度推算出来，但偏航角只能对角速度积分得到。由于在四轴飞行器测试平台上检测姿共模电感态，对偏航插件电感角先不做要求。根据参考文献，四轴飞行器的姿态控制系统模型中3个轴向的加速度可表示为：
其中，u、v、w为机体坐标系下3个轴向的线速度，p、q、r为机体坐标系下绕3个轴的角速度，θ、φ为四轴飞行器的俯仰角和横滚角，U1为总的升力，m为飞行器的质量。在试验平台上检测时，四轴飞行器的位置固定不变，上式可简写成：
其中，
为加速度计测得的加速度，通过式(2)可推算得到俯仰角和横滚角如下：
配置陀螺的测量范围为±300°／s，1 min内测得的ADISl6355三个轴的角速度、加速度和温度曲线如图5所示。在约19 s时使飞行器绕x轴进行滚转运动，在约45 s时使飞行器恢复到刚开始的静止状态。由图5可知，静止时角速度的输出范围为±2°／s一体电感，x、y轴加速度计的输出范围为±O．015 g，温度由26℃到30℃逐步上升。若把陀螺功率电感器的测量范围配置为±75°／s，静止时的角速度输出范围为±l°／s，但很容易超出±75°／s的范围，因此±75°／s的测量范围不适用于四轴飞行器姿态检测。
对角速度进行积分得到飞行器的三个姿态角，如图6所示。通过式(3)由加速度信息推算的两个角度如图7所示。对比图6和图7可知，由角速度积分得到的角度最终不是静止时的0°。原因是陀螺存在漂移，随着时间的积累，测量的误差会在积分中一直累加，而由加速度信息推算出来的角度就不存在漂移。图7中约第24 s时，y轴角度出现一个峰值(高达70°)，而实际的旋转角度只在±30°之间，其原因是振动引起加速度值突增，导致推算出的角度过大。
结语
实际使用中，加速度计对振动非常敏感，应根据应用的场合对加速度数据进行处理。四轴飞行器具有4个无刷电机，实际飞行时电机引起的振动非常大，一体电感如果简单地通过加速度来推算角度就会出现很多图7中第24 s的尖点，与实际情况不符合。可以通过对加速度进行均值滤波得到改善。对陀螺角速度的积分可利用加速度推算出的角度值进行修正。
本文使用STM32F103VB单片机对惯性测量传感器ADISl6355进行数据采集，并通过无线数据传输模块把数据发送回计算机。利用ADISl6355对四轴飞行器姿态进行检测，可分别利用角速度信息和加速度信息对飞行器姿态进行估计，两种方法各有优缺点，在实际使用时要综合进行考虑。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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