低成本惯性多冗余导航控制一体机设计
电子技术应用
牛志朝，任磊，贺韬，崔孟楠
北京航天自动控制研究所，北京 100854
摘要： 为了智能体的精确定位和定姿，实现其稳定运动控制，设计了一种低成本多惯性冗余导航控制一体机，给出了设计方法。稳压电路的开关电源MP2482DN和线性电源JW29300U-3.3V为一体机提供稳定5 V和3.3 V的较大功率电源；控制器STM32H7的SPI采用星形拓扑总线与3片六轴惯性芯片BMI088通信，2路TTL串口与差分卫星定位板双向通信，实现智能体定位和定姿；控制器STM32F4的CAN总线接口与智能体底盘双向通信，实现其运动控制，1路TTL串口实现与控制器STM32H7的双向通信；两控制器的网络接口与上位机组成无线局域网，实现数据交换和状态监控。整个系统具有功耗低、体积小、成本低、接口丰富的特点。
中圖分類號：TP242.6 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234141
中文引用格式： 牛志朝，任磊，賀韜，等. 低成本慣性多冗余導航控制一體機設計[J]. 電子技術應用，2024，50(2)：102-106.
英文引用格式： Niu Zhichao，Ren Lei，He Tao，et al. Design of low-cost inertial multi-redundant navigation control integrated machine[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(2)：102-106.
中文引用格式： 牛志朝，任磊，賀韜，等. 低成本慣性多冗余導航控制一體機設計[J]. 電子技術應用，2024，50(2)：102-106.
英文引用格式： Niu Zhichao，Ren Lei，He Tao，et al. Design of low-cost inertial multi-redundant navigation control integrated machine[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(2)：102-106.
Design of low-cost inertial multi-redundant navigation control integrated machine
Niu Zhichao，Ren Lei，He Tao，Cui Mengnan
Beijing Aerospace Automatic Control Institute， Beijing 100854， China
Abstract： In order to accurately locate and position the wheeled mobile robot and realize its stable motion control, a low-cost inertial multi-redundant navigation and control integrated machine is designed, and specific software and hardware design methods are given. The switching power supply MP2482DN and linear power supply JW29300U-3.3V of the voltage stabilizing circuit provide a stable 5 V and 3.3 V higher power power for the integrated machine; the SPI of the controller STM32H7 uses a star topology bus to communicate with three six-axis inertial chips BMI088, and two TTL serial ports communicate with the differential satellite positioning board in two directions to realize the differential positioning and attitude determination of the robot; the CAN bus interface of the controller STM32F4 communicates with the robot chassis two-way to realize motion control, and one TTL serial port realizes two-way communication with the controller STM32H7
Key words : inertial multiple redundancy；differential positioning and attitude determination；integrated navigation and control；low cost
引言
為了實現對室外智能體的穩定運動控制[1]，需要對其精確定位和定姿。現階段，普遍采用慣性/差分衛星組合導航系統進行定位和定姿，文獻[2]給出了一種四石英撓性加速度計和四光纖陀螺組成的多傳感器冗余捷聯慣性導航系統，文獻[3]研究了一種多冗余捷聯慣組配置優化與應用方案，采用慣性導航信息融合的方法，提升相應測量通道的穩定性和系統使用精度。文獻[4]設計了SINS/GPS組合導航系統方案，并在ARM平臺進行了設計與驗證。由于控制理論和計算機技術的發展，采用冗余配置技術提高導航系統的可靠性和精度成為慣性導航技術的發展方向[5-7]。雖然市面上組合導航種類眾多，但是普遍集成度低、體積大、價格偏高，不具備導航控制一體化功能，不能滿足實際需求。本文設計了一種低成本慣性多冗余導航控制一體機，給出了具體的軟硬件設計方法。穩壓電源單元、三冗余慣性/差分衛星組合導航定位單元和穩態運控單元的設計，實現了室外移動智能體的導航控制功能。
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作者信息：
牛志朝，任磊，賀韜，崔孟楠
北京航天自動控制研究所，北京 100854
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