摘要：为了深入研究智能煤矿开采领域,聚焦设计一种基于2款加速度计芯片和卡尔曼滤波的高精度倾角传感器,以提升支架姿态监测的性能。详细分析了加速度计的工作原理,进行了倾角传感器的硬件设计,涵盖了电路框图并特别采用了ADXL359和SCA3300加速度计芯片。软件设计部分详细阐述了卡尔曼滤波加速度模型的运用,通过该模型对加速度计输出进行滤波和校正,以提高角度测量的精确性。实验测试部分验证了倾角传感器在不同角度下的性能表现,展示了其在实际应用中的可靠性和高精度测量。最后结果表明倾角传感器可以测量三轴方向上±90°的输出,且测量精度可以达到0.05°以内,为智能化煤矿技术的进一步发展提供了有力的支持和创新。

摘要：为提高陀螺仪传感器电参数测量值的精度与可靠性,设计一套基于卡尔曼滤波的陀螺仪传感器电参数测量系统.采用STM32F407芯片作为上下位机的主控制器,通过无线通讯实现数据交互.下位机使用AD转换电路测量陀螺仪传感器的关键电参数;上位机采用7吋LCD显示屏提供直观的数据展示和触摸按键输入功能.利用卡尔曼滤波算法对测量数据进行误差补偿处理,以提高陀螺仪传感器测得的偏转角度和俯仰角度等多通道电压、电流测量数据的准确性和稳定性.进行测量系统与高精度倾角仪的对比实验,结果表明,该测量系统对陀螺仪传感器的电压、电流、偏转角和俯仰角的最大测量误差分别为0.07V、0.18mA、0.05°和0.042°,在允许误差范围内.

摘要：一级倒立摆系统作为经典的控制理论实验装置,具有高度非线性和不稳定性,因此对其进行精确控制和状态估计具有重要的研究意义。该研究旨在提高倒立摆系统的鲁棒性,提出了一种基于LQR控制和卡尔曼滤波的综合方法。首先,建立倒立摆系统的数学模型,通过线性二次调节器(LQR)设计了最优控制器,以实现系统的稳定控制。其次,增加卡尔曼滤波器对系统状态进行实时估计,提高系统的动态响应性能。通过仿真研究对比分析了不同控制策略下系统的鲁棒性表现。结果表明,融合LQR控制和卡尔曼滤波的方法使得倒立摆的摆杆角度响应时间控制在1 s内,其均方差提高93%,显著改善了倒立摆系统的鲁棒性和控制精度,有效抑制外部扰动的影响。

摘要：通过对当前流行的控制方法进行比较,采用变结构控制的原理对系统控制器进行设计.以典型的两轴四框架结构吊舱系统的内俯仰框架为控制对象,设计了一种基于Kalman滤波器的滑模变结构控制方案.当过程噪声和量测噪声较大时,针对不同形式的跟踪信号,对有无滤波器两种控制方案的跟踪效果进行了比较.仿真结果表明,采用基于Kalman滤波器的滑模变结构,系统的跟踪性能较没有Kalman滤波器的跟踪性能有明显的改善,提高了系统跟踪精度.

摘要：为能在核设施发生核事故时快速连续反演核素释放率,本文结合高斯多烟团大气扩散模型,模拟固定区域的连续监测数据,设计并实现了核设施核事故核素释放率的卡尔曼滤波实时跟踪反演。研究结果表明:与高斯多烟团大气扩散模型结合的卡尔曼滤波器,在约10次滤波后,跟踪到虚设的稳定、线性及非线性变化的释放率真值,反演值标准差随真值的增大而增大;在扩展卡尔曼滤波反演释放高度时,由于截断误差过大,滤波结果不收敛。利用环境监测数据,通过与高斯多烟团大气扩散模型结合的卡尔曼滤波器可用于固定高度和位置、短时连续排放的核事故核素释放率参数反演,是核设施核事故应急可选择的源项反演手段。

摘要：卡尔曼滤波器是惯性导航系统初始对准和组合导航问题中的常用工具。针对滤波时系统噪声和观测噪声异常导致的滤波精度下降甚至发散问题,从理论上分析了基于新息协方差匹配和马氏距离卡方检验的两种滤波器异常检验判据,结合判据在传统卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波中的典型应用,设计了针对捷联式惯性导航系统初始对准问题的测试实验,实验结果表明两种判据对滤波器系统噪声和观测噪声异常都有一定的检验能力,但检验判据严格程度存在不同且判据存在拖尾效应,由此给出了在实践应用中的建议。

摘要：针对基于卡尔曼滤波框架算法只能处理已知高斯噪声系统的局限性,设计能够同时处理含有异类噪声系统的改进算法。将不确定系统受到的干扰分成高斯噪声和未知有界噪声,对噪声特点进行分析,并将其加入状态方程和观测方程;在吸收集员滤波优点的基础上,对标准卡尔曼滤波进行改进,通过计算包含两种异类噪声系统状态的最小均方误差,得到该条件下滤波增益的调整值;将利用集员滤波得到的状态统计量以及两类噪声信息和调整后的滤波增益代入卡尔曼滤波体系,得到改进后的滤波算法。将提出的改进方法应用于不确定车辆导航系统中进行解算,仿真结果表明:改进滤波方法能够有效克服异类噪声的干扰,性能优于扩展卡尔曼滤波方法,对异类噪声具有较好的抵抗能力。

摘要：针对加速度计随机噪声影响无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)角速度解算精度的问题,提出了一种滤波设计方案.基于十加速度计构型方式,利用加速度计输出构成的角加速度项作为状态方程,而对数法解算的角速度作为观测量,构建了卡尔曼和H∞滤波器.在改变加速度计随机噪声、状态初始估值和噪声颜色的情况下,仿真分析和对比了卡尔曼滤波和H∞滤波的效果.结果表明,H∞滤波不受加速度计随机噪声统计特性大小、噪声颜色的影响,比卡尔曼滤波有更强的鲁棒性和稳定性;H∞滤波后,角速度精度比对数法提高了2个数量级.

摘要：提出了一种基于三维卡尔曼滤波的三阶数字锁频环设计方法,并将该锁频环用于高动态GPS信号的载波跟踪。推导了卡尔曼滤波与数字锁频环之间的等效关系,给出了基于该方法设计的锁频环的等效噪声带宽闭式解,分析了环路的暂态性能和稳态性能。以暂态带宽和均方根频率跟踪误差为性能指标,对基于该方法设计的锁频环和固定增益的数字锁频环进行了仿真对比。结果表明,在具有相同稳态带宽的情况下,两种环路具有可比拟的动态和静态跟踪误差,但基于该方法设计的环路具有较高的初始捕获带宽,环路收敛时间大大降低。

摘要：为了准确、全面获得离合器的工作性能与相关特性,设计开发了汽车离合器综合性能检测平台。通过调整电动机的转速、扭矩与惯量盘和道路阻力矩的大小可模拟不同车型离合器的实际使用工况,实现了单一设备对多种规格离合器的综合性能检测。为了对汽车离合器综合性能检测平台的转速系统进行控制,设计了模糊PID控制算法,并采用卡尔曼滤波对转速信号进行滤波处理,从而消除了现场随机干扰,抑制了工频干扰。采用工控机作为上位机,PLC作为下位机,以VisualC++为软件开发平台设计了检测与控制系统。经验证,所设计的检测平台具有很高的检测精度和检测准确率,并且运行稳定、可靠。