|
Научен доклад ID 2290 : 2022/3
ОПРЕДЕЛЯНЕ ОРИЕНТАЦИЯТА НА ОБЕКТ С ИНЕРЦИАЛЕН МОДУЛ И ФИЛТЪР НА КАЛМАН
Емил Йончев1), Росен Милетиев2), Тодор Тодоров1), Лъчезар Христов1) Емил Михайлов1) Определяне ориентацията на обект в пространството е задача, която се поставя в много области от човешкият живот –въздушния транспорт, управлението на дронове, военната техника, роботиката, компютърните игри, позиционирането в затворени помещения и други.
В статията е предложен модел на филтър на Калман за определяне ориентация на обект на базата на инерциални сензори и магнитометър. Определени са променливите на състоянието и са избрани параметрите за наблюдение. За получаване на необходимите параметри за филтъра е използван инерциалния измервателен модул за абсолютна ориентация BNO055 на фирмата Bosch. Използвана е възможността предоставена от модула, да се отдели гравитационната компонента на измереното ускорение от акселерометъра. Това дава възможност за по-точно изчисляване на ъглите за ориентация и при динамични въздействия върху обекта. За определяне на ъгъла на завъртане около ос, която е успоредна на земното ускорение е използван магнитометъра от модула. От BNO055 директно се получават кватерниони, които са използвани, като променливи на състоянието, за предсказване на бъдещо състояние на модела. Филтърът е реализиран в програмната среда Матлаб. За точно задаване ориентация на обект в лабораторни условия и за целите на тестване на филтъра е разработен уред за задаване на наклон спрямо изходно вертикално положение. Реализирана е измервателна система с BNO055 и са получени експериментални резултати за ориентацията на обект с предложения филтър на Калман. филтър на Калман акселерометър жироскоп магнитометър инерциална измервателна единица ъгли на Ойлер кватерниониKalman filter accelerometer gyroscope magnetometer inertial measurement unit Euler angles quaternionsЕмил Йончев) Росен Милетиев) Тодор Тодоров) Лъчезар Христов) Емил Михайлов) BIBLIOGRAPHY [1] Vitali Andrea, Tilt computation using accelerometer data for inclinometer applications, November 2020, DT0140 Rev 1 1/19, www.st.com [2] Caruso Michael J. , Applications of Magnetic Sensors for Low Cost Compass Systems, Honeywell, SSEC [3] Rate Gyro Application Note, Grossbow [4] Kalman R. E., A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems, ASME Journal of Basic Engineering, series D: 35–45, 1960 [5] https://www.bosch-ensortec.com/media/boschs... [6] Welch Greg, Gary Bishop, An Introduction to the Kalman Filter, University of North Carolina at Chapel Hill, Department of Computer Science, NC 27599-3175, http://www.cs.unc.edu/~{welch, gb} [7] Ozyagcilar Talat, Implementing a Tilt-Compensated eCompass using Accelerometer and Magnetometer Sensors, Freescale Semiconductor, Application Note Document Number:135 AN4248, Rev. 4.0, 11/2015 [8] Kim Phil, Kalman Filter for Beginners with Matlab Examples, A-JIN Publishing company, 2011, ISBN-13: 978-1463648350 |