论文部分内容阅读
随着计算机技术的不断成熟,基于LabVIEW的虚拟仪器技术高速发展,并越来越广泛地应用于数据采集、自动测试、仪器仪表等领域。LabVIEW独一无二的图形化编程和强大灵活的开发工具组件,使得虚拟仪器的开发过程变得更加简单易读、容易维护,而且具有良好的扩展性。作为物体轨迹导航和姿态重构的重要技术之一,惯性传感技术从上世纪六十年代开始就已广泛应用于工业控制、医疗健康、航天航海等多个领域。结合微机械(MEMS)技术,惯性传感器拥有了数字化、智能化、便携化等特点。由于惯性传感器输出信息量大、实时性强、准确度高,对配套仪器提出了很高的要求。而且不同惯性传感器系统的控制方式、应用领域、测试精度、误差水平等往往不同,传统仪器无法满足其多样化的需求,基于LabVIEW的虚拟仪器技术在惯性传感系统的测试与应用中具有得天独厚的优势。本文设计了基于LabVIEW的惯性传感系统,采用惯性传感器进行物体三维姿态的捕捉,并利用该系统进行数据通信、人机交互和姿态显示。设计并制作了系统原理样机,通过实验室测试,其具有感知性强、姿态捕捉准确等优点,为虚拟现实领域的三维动态实景仿真提供了新的技术手段和实现方式。此外,本文设计了基于LabVIEW的磁悬浮惯性传感器测试软件,可应用于磁悬浮惯性传感器系统的PID闭合环路测试。论文的主要工作和创新点包含以下几个方面:1、结合单片机的控制特性和惯性传感器的传感特性,设计并制作了惯性传感系统的硬件部分。在此基础上,研究了惯性传感器的对准误差,给出惯性传感系统中常见的对准误差的计算公式,并计算出系统对准误差的估计值在0.85°,符合系统的误差需求。2、采用LabVIEW开发了惯性传感系统的软件部分,实现了该系统中硬件部分与上位机的数据通信与校验,姿态还原和模拟显示等功能。并设计了 VISA串口通信、数据帧提取、校验和滤波程序。3、设计了虚拟现实人机交互方案,通过对物体三维姿态进行还原,实现了动态物体在虚拟LabVIEW环境下三维动作的模拟仿真,分析了该系统在实际应用中的优势。4、研究了磁悬浮惯性传感器中的PID控制算法,为磁悬浮惯性传感系统的PID测试设计了上位机软件,并通过该软件对磁悬浮惯性传感器的闭合环路特性进行了实验室测试。