农机具姿态倾角测量系统设计与试验

农机具姿态倾角测量技术是实现农机装备精准作业的关键技术之一。为进一步提高农机装备作业质量,以ADIS16445微惯性MEMS传感器和STM32F446核心处理器搭建硬件平台,以欧拉角法解算姿态,建立卡尔曼滤波模型融合加速度计与陀螺仪信息,实现农机具姿态倾角的精准测量。融合算法模型考虑陀螺仪零偏特性,并根据MEMS微传感器运动特性,自适应模型误差协方差矩阵Q与R,适应不同工况下农机具姿态倾角测量。采用SGT320E三轴多功能转台与BD982双天线定位测姿模块对系统进行测试与验证。三轴多功能转台试验结果表明,ADIS16445内置陀螺仪与加速度计性能合格,满足系统设计硬件要求;卡尔曼滤波融合模型精...

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Published in农业工程学报 Vol. 33; no. 22; pp. 9 - 16
Main Author 黄培奎 张智刚 罗锡文 刘兆朋 王辉 林志健 高维炜
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广州,510642%华南农业大学工程学院,广州,510642 2017
Subjects
倾角测量
农机具
多传感器融合
机械化
欧拉角法
算法
自适应卡尔曼滤波
设计
algorithms
自适应卡尔曼滤波
agricultural implements
adaptive Kalman filter
tilt angle measurement
农机具
多传感器融合
multisensory fusion
机械化
算法
设计
倾角测量
euler angle method
design
mechanization
欧拉角法
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.2017.22.002

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Summary:农机具姿态倾角测量技术是实现农机装备精准作业的关键技术之一。为进一步提高农机装备作业质量,以ADIS16445微惯性MEMS传感器和STM32F446核心处理器搭建硬件平台,以欧拉角法解算姿态,建立卡尔曼滤波模型融合加速度计与陀螺仪信息,实现农机具姿态倾角的精准测量。融合算法模型考虑陀螺仪零偏特性,并根据MEMS微传感器运动特性,自适应模型误差协方差矩阵Q与R,适应不同工况下农机具姿态倾角测量。采用SGT320E三轴多功能转台与BD982双天线定位测姿模块对系统进行测试与验证。三轴多功能转台试验结果表明,ADIS16445内置陀螺仪与加速度计性能合格,满足系统设计硬件要求;卡尔曼滤波融合模型精准有效,倾角静态测量误差精度为0.15°,动态测量精度典型值为0.3°,最大测量误差为0.5°。田间作业试验结果表明,自适应模型能保证农机具姿态倾角测量系统在不同工况下的测量精度,更稳定可靠,测量平均误差为0.55°。该文研究的农机具姿态倾角测量系统可满足农机装备精准作业要求。
Bibliography:Huang Peikui, Zhang Zhigang, Luo Xiwen, Liu Zhaopeng, Wang Hui, Lin Zhijian, Gao Weiwei （1. Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment, Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China）
11-2047/S
mechanization; algorithms; design; agricultural implements; tilt angle measurement; multisensory fusion; adaptive Kalman filter; euler angle method
Agricultural implements tilt angle measurement is one of the key technologies to achieve agricultural implements and equipment precision operations. For example, the precision navigation control and the leveling control of agricultural implements are all dependent on the accurate measurement of tilt angle. What’s more, agricultural implements of tilt angle are one of the key parameters of agricultural mechanics modeling and agricultural implements safety warning learning. In order to further improve the quality of agricultura
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.22.002