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。
中图分类号：TP242.6 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234141
中文引用格式：牛志朝，任磊，贺韬，等. 低成本惯性多冗余导航控制一体机设计[J]. 电子技术应用，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，贺韬，等. 低成本惯性多冗余导航控制一体机设计[J]. 电子技术应用，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
为了实现对室外智能体的稳定运动控制[1]，需要对其精确定位和定姿。现阶段，普遍采用惯性/差分卫星组合导航系统进行定位和定姿，文献[2]给出了一种四石英挠性加速度计和四光纤陀螺组成的多传感器冗余捷联惯性导航系统，文献[3]研究了一种多冗余捷联惯组配置优化与应用方案，采用惯性导航信息融合的方法，提升相应测量通道的稳定性和系统使用精度。文献[4]设计了SINS/GPS组合导航系统方案，并在ARM平台进行了设计与验证。由于控制理论和计算机技术的发展，采用冗余配置技术提高导航系统的可靠性和精度成为惯性导航技术的发展方向[5-7]。虽然市面上组合导航种类众多，但是普遍集成度低、体积大、价格偏高，不具备导航控制一体化功能，不能满足实际需求。本文设计了一种低成本惯性多冗余导航控制一体机，给出了具体的软硬件设计方法。稳压电源单元、三冗余惯性/差分卫星组合导航定位单元和稳态运控单元的设计，实现了室外移动智能体的导航控制功能。
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作者信息：
牛志朝，任磊，贺韬，崔孟楠
北京航天自动控制研究所，北京 100854
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