卡尔曼滤波在应变式力传感器中的应用.pdfVIP

2014年 第33卷 第7期 传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies) 147 j p 、 ‘ 1》应用技术 ： 卡尔曼滤波在应变式力传感器 中的应用 刘晓东，唐俊杰，许杜峰，陈鑫玉 (同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804) 摘 要：由于应变式力传感器系统中存在较大的随机噪声，降低了系统的标定精度和测量准确性，而卡尔 曼滤波适合实时滤除干扰信号。在建立传感器测试模型基础上，通过推导卡尔曼滤波算法，确定了滤波初 值和滤波参数。在传感器一A／D转换器一DSP硬件平台上，进行了滤波算法验证。实验表明：卡尔曼滤波有 效地滤除了随机干扰信号，适用于静动态测量过程 ，提高了系统标定精度。 关键词：卡尔曼滤波；应变式力传感器 ；数字信号处理器；标定 中图分类号：TP274 文献标识码 ：A 文章编号：1000-9787(2014)07-0147-03 Application ofKalmanfilteringin strain—typeforcesensor LIUXiao—dong，TANGJun-jie，XUDu—feng，CHENXiny·u (SchoolofMechanicalandEnergyEngineering，TonalUniversity，Shanghai201804，China) Abstract：Duetorandom noise existsin strain-typeforcesensorsystem ，itreducescalibration precision and measurementaccuracyofsystem，Kalmanfilteringissuitableforreal—timefilteringinterferencesigna1．Onthebasis ofestablishingsensortestingmodel，throughderivingKalmanfilteringalgorithm，filteringinitialvalueandfiltering parametersaredetermined．Onhardwareplatform ofsensor-A／D converter-DSP，filteringalgorithm isverified． ExperimentalresultsshowthatKalmanfilteringsuccessfullyfilterrandom disturbancesignal，itissuitableforstatic anddynamicmeasurementprocess，andimprovecalibratingprecisionofsystem． Keywords：Kalmanfiltering；strain—typeforcesensor；DSP；calibration 0 引 言 度。卡尔曼滤波程序通过 Matlab仿真实现，最后在 CCS 应变式力传感器是使用最为广泛的一种测力传感器， (codecomposerstudio)开发平台上进行硬件验证。 具有较高的灵敏度和精度，并且适用于静态和动态测量。 1 卡尔曼滤波原理 由于电阻应变计、传感器机械本体和信号调理电路的热噪 1．1 系统方程 声、环境噪声和电磁噪声 ，输 出信号会 出现较大的信号漂 卡尔曼滤波的研究对象是随机线性离散系统，其状态 移，即传感器在恒定加载时，输出信号不稳定，波动较大 ，且 方程可表示为 不具有明显规律…。随机噪声的出现对传感器的静动态 X ：F X 一 1 +Bu 十w ．