Вас вітає Інтернет конференція!
Вітаємо на нашому сайті
АНАЛІЗ МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ ПОЛОЖЕННЯ ТА КУТА НАХИЛУ ЛІТАЛЬНОГО АПАРАТУ ВІДНОСНО ЛІНІЇ ГОРИЗОНТУ
11.10.2023 20:07
[1. Інформаційні системи і технології]
Автор: Чепис Олександр Вікторович, аспірант, Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, м. Тернопіль
Визначивши кути нахилу моделі літака відносно землі ми керуємо швидкістю обертання двигуна, тому їх обрахунок повинен бути максимально точним, а через використання даної комп’ютерної системи при виконанні елементів пілотажу необхідно визначити метод, який буде визначати їх з максимальною швидкістю, поєднавши цих два параметри точність та швидкість обрати кращий.
Для реалізації інклінометра (пристрій за допомогою якого визначається положення тіла відносно гравітаційного поля Землі) можна використати гіроскопа або акселерометра, який забезпечить необхідні дані за допомогою дискретного інтегрування швидкості обертання. У випадку гіроскопу визначення відбувається за рівнянням:
де а(t) – кут шуканого нахилу;
a(t-1) – кут тіла в попередній відлік часу;
gx – швидкість обертання відносно осі;
dt – час, що пройшов між теперішнім та попереднім вимірюванням.
Враховуючи дрейф нуля, та використання дискретного інтегрування, що не дає абсолютно точних результатів буде накопичуватись помилка, що негативно вплине на точність результатів.
Підводячи підсумок використання лише гіроскопу для реалізації інклінометра не задовольняє необхідну точність вимірювання.
Реалізація інклінометра за допомогою акселерометра можлива у випадку визначення кута нахилу тіла а навколо осі Хt за допомогою формули:
де Gym – проекція прискорення вільного падіння на вісь акселерометра Хt. Також варто враховувати, що дана величина повинна вираховуватись в одиницях, що відповідають земній гравітації, тобто поставивши давач вертикально ми маємо отримати значення Gym = 1 (оскільки g=9.8).
Недоліки такого вимірювання полягають в неточності вимірювань при дії зовнішніх сил наприклад вітру, вібрації тощо. Дана похибка може бути зменшена за допомогою фільтра низьких частот, але це сильно сповільнить роботу комп’ютерної системи, тому даний варіант не є актуальним.
Розглянемо визначення кутів нахилу за допомогою акселерометра та гіроскопу за допомогою даних методів:
- Фільтрація за допомогою комплементарного фільтру.
- Фільтрація за допомогою фільтру Калмана.
Фільтрація за допомогою комплементарного фільтру. Не враховуючи недоліків гіроскопа та акселерометра при визначенні кутів нахилу відносно Землі поодинці їх поєднання компенсує недоліки один іншого. Такі дії дозволяє зробити комплементарний фільтр, який вносить правки в формулу для інтегрування гіроскопу:
де a(t) – кут нахилу з врахуванням даних акселерометру;
асс – значення кута нахилу виміряного акселерометром;
К – коефіцієнт комплементарного фільтру.
Виходячи з формули кінцева величина кута нахилу є сумою інтегрованих даних гіроскопу і значення акселерометру в конкретний момент часу. Головною задачею комплементарного фільтру є нівелювання дрейфу гіроскопу та неточності дискретного інтегрування за допомогою даних акселерометра. Сила з якою здійснюється корекція визначається коефіцієнтом К [1].
Використання комплементарного фільтру не може забезпечити достатню точність вимірювання даних, але характерна високою швидкістю обчислення.
Фільтр Калмана використовує динамічну модель системи складається з двох частин: передбачення та корекція. При виконанні першого з них виконується передбачення положення системи в наступний момент часу [2].
Передбачення отримується за рахунок обчислення двох складових: передбачення системи в наступний момент часу, що враховує матрицю переходу між станами, стан системи в минулий момент часу, матрицю врахування керуючого впливу та цього ж впливу в минулий момент часу та передбачення помилки коваріації (міра мінливості двох випадкових величин), що обчислюється враховуючи матрицю переходів між станами, помилки в минулий момент часу та коварацію шуму процесу.
Корекція визначається трьома складовими: розрахунком підсилення Калмана, обновлення оцінки з врахуванням зміни даних в даний момент часу та обновлення помилки коваріації.
Література
1.Комплементарный фильтр для оценки угла с использованием микроэлектромеханической системы гироскопа и акселерометра. Инженерный вестник Дона. 2020. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/komplementarnyy-filtr-dlya-otsenki-ugla-s-ispolzovaniem-mikroelektromehanicheskoy-sistemy-giroskopa-i-akselerometra/viewer.
2.Tymkiv P., Leschyshyn Y. Algorithm Reliability of Kalman Filter Coefficients Determination for Low-Intensity Electroretinosignal. 15th International Conference on the Experience of Designing and Application of CAD Systems (CADSM 2019). Polyana (Svalyava), UKRAINE 2019. P. 7/14-7/18. ISBN: 978-1-7281-0053-1
_____________________________________________________________________________________
Науковий керівник: Приймак Микола Володимирович, доктор технічних наук, професор, Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, м. Тернопіль
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Інші наукові праці даної секції
-
ОРГАНІЗАЦІЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ ІЗ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ МЕТОДИКА ПРОФЕСІЙНОГО НАВЧАННЯ
15.10.2023 00:36 -
ВИКОРИСТАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ У СФЕРІ ДЕРЖАВНОГО УПРАВЛІННЯ
12.10.2023 00:15 -
ХАРАКТЕРИСТИКА ІНТЕРАКТИВНИХ КАРТ ВОДНИХ ОБ’ЄКТІВ ТА МЕТОДІВ ЇХ СТВОРЕННЯ
11.10.2023 22:47 -
УДОСКОНАЛЕННЯ КЛЮЧІВ ЦИФРОВОГО ЕЛЕКТРОННОГО ПІДПИСУ В СИСТЕМАХ ЕЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБІГУ
11.10.2023 21:56 -
ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ ДРОН-ДОСТАВКИ
11.10.2023 21:32
Конференції
Конференції 2024
Конференції 2023
Конференції 2022
Конференції 2021
