Aplikacje Systemów. Nawigacja inercyjna. Gdańsk, 2016

Podobne dokumenty
Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Pomiar prędkości obrotowej

Wprowadzenie nawigacja pilotowa jest to lokalna nawigacja wodna z uwzględnieniem znaków nawigacyjnych znajdujących się na danym akwenie i terenach

PRZETWORNIKI POMIAROWE

Sensory i systemy pomiarowe Prezentacja Projektu SYNERIFT. Michał Stempkowski Tomasz Tworek AiR semestr letni

TECHNOLOGIA INERCJALNA

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

KOMPONENTY INERCJALNE

PODSTAWY MORSKIEJ NAWIGACJI INERCYJNEJ

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Sensory i Aktuatory Laboratorium. Mikromechaniczny przyspieszeniomierz i elektroniczny magnetometr E-kompas

WYZNACZANIE POŁOŻENIA GŁOWICY OPTOELEKTRONICZNEJ Z WYKORZYSTANIEM CZUJNIKÓW MEMS

kierowanych pojazdów podwodnych

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

(zwane również sensorami)

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Modelowanie systemów mechatronicznych Platformy przetwarzania danych

KOMPONENTY INERCJALNE

Struktura układu pomiarowego drgań mechanicznych

Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L) Zastosowanie systemu nawigacyjnego w pomiarach geometrii elementów maszyn. Ćwiczenie 22.

Laboratorium techniki laserowej Ćwiczenie 2. Badanie profilu wiązki laserowej

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

projekt przetwornika inteligentnego do pomiaru wysokości i prędkości pionowej BSP podczas fazy lądowania;

Komputerowe systemy pomiarowe. Podstawowe elementy sprzętowe elektronicznych układów pomiarowych

GEODEZJA WYKŁAD Pomiary kątów

Zbigniew Figiel, Piotr Dzikowicz. Skanowanie 3D przy projektowaniu i realizacji inwestycji w Koksownictwie KOKSOPROJEKT

M2. WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOŚCI WAHADŁA OBERBECKA

Zakres wiadomości i umiejętności z przedmiotu GEODEZJA OGÓLNA dla klasy 1ge Rok szkolny 2014/2015r.

KOMPONENTY INERCJALNE

O 2 O 1. Temat: Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji POMIARY KĄTÓW I STOŻKÓW

OGRANiCZANiE BŁĘDÓW W NAWiGACJi inercjalnej

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

Enkodery czujniki cyfrowe

Podstawy Nawigacji. Kierunki. Jednostki

Miniaturowe systemy orientacji w przestrzeni - informacja ogólna

Systemy nawigacji satelitarnej. Przemysław Bartczak

Koncepcja pomiaru i wyrównania przestrzennych ciągów tachimetrycznych w zastosowaniach geodezji zintegrowanej

Czujnik położenia katowego AS5040

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Szybkie prototypowanie w projektowaniu mechatronicznym

Modelowanie, sterowanie i symulacja manipulatora o odkształcalnych ramionach. Krzysztof Żurek Gdańsk,

PL B1. ADAPTRONICA SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Łomianki, PL BUP 16/11

Zakład Teorii Maszyn i Układów Mechatronicznych. LABORATORIUM Podstaw Mechatroniki. Sensory odległości

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

Spis treści Przedmowa

Specjalistyczne Instrumenty W Pomiarach Inżynieryjnych S I W P I

CHARAKTERYSTYKA PIROMETRÓW I METODYKA PRZEPROWADZANIA POMIARÓW

Ćwiczenie: "Mierniki cyfrowe"

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Spis treści Wstęp Rozdział 1. Metrologia przedmiot i zadania

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Projektowanie systemów pomiarowych

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI. Robot do pokrycia powierzchni terenu

Ćwiczenie: "Dynamika"

Aparatura pomiarowa do badań środowiska pracy

Spis treści. Przedmowa 11

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

Stanowisko do badania współczynnika tarcia

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Aktory

Podstawy niepewności pomiarowych Ćwiczenia

00013 Mechanika nieba A

Dla poprawnej oceny stanu technicznego maszyny konieczny jest wybór odpowiednich parametrów jej stanu (symptomów stanu)

Dla nowoczesnych zespołów napędowych NEW MONITEX. System monitoringu sprzęgieł ROTEX /ROTEX GS DATAFLEX. Miernik momentu obrotowego DATAFLEX MONITEX

Rozdział 1. Prędkość i przyspieszenie... 5 Rozdział 2. Składanie ruchów Rozdział 3. Modelowanie zjawisk fizycznych...43 Numeryczne całkowanie,

Kinect vs VR, czyli technologie sensoryczne stosowane w konsolach do gier.

Poziomica elektroniczna z wyświetlaczem graficznym

Praca domowa nr 2. Kinematyka. Dynamika. Nieinercjalne układy odniesienia.

Temat ćwiczenia. Pomiary drgań

Dynamika: układy nieinercjalne

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

Wykorzystanie nowoczesnych technologii w zarządzaniu drogami wojewódzkimi na przykładzie systemu zarządzania opartego na technologii GPS-GPRS.

Regulacja dwupołożeniowa (dwustawna)

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

Niepewność pomiaru. Wynik pomiaru X jest znany z możliwa do określenia niepewnością. jest bledem bezwzględnym pomiaru

MECHANIKA 2 Wykład 7 Dynamiczne równania ruchu

PF11- Dynamika bryły sztywnej.

Laboratorium tekstroniki

Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyny

Tomasz Skowron XIII LO w Szczecinie. Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą spadku swobodnego

Laboratorium POMIAR DRGAŃ MASZYN W ZASTOSOWANIU DO OCENY OGÓLNEGO STANU DYNAMICZNEGO

SYLABUS. Nazwa jednostki prowadzącej Wydział Matematyczno Przyrodniczy Centrum Mikroelektroniki i Nanotechnologii

Pirometr stacjonarny Pyro NFC

PL B BUP 26/ WUP 04/07 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1

Doświadczalne badanie drugiej zasady dynamiki Newtona

Tematy prac dyplomowych w Katedrze Awioniki i Sterowania. Studia: I stopnia (inżynierskie)

2. Pomiar drgań maszyny

(54) Przyrząd do pomiaru liniowych odchyleń punktów od kolimacyjnych płaszczyzn

Prawa ruchu: dynamika

Dr inż. Paweł Fotowicz. Procedura obliczania niepewności pomiaru

Badanie czujników odległości Laboratorium Mechatroniki i Robotyki

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Transkrypt:

Aplikacje Systemów Wbudowanych Nawigacja inercyjna Gdańsk, 2016

Klasyfikacja systemów inercyjnych 2

Nawigacja inercyjna Podstawowymi blokami, wchodzącymi w skład systemów nawigacji inercyjnej (INS ang. Inertial Navigation Systems) są: blok pomiarowy (IMU ang. Inertial Measurement Unit), składający się z czujników: przyspieszeniomierzy, żyroskopów. blok obliczeniowy, składający się z mikroprocesora, którego zadaniem jest modelowanie pola grawitacyjnego Ziemi, całkowanie sygnałów wyjściowych z IMU oraz wyznaczanie i kontrolowanie pozycji obiektu. 3

Zasada działania Każdy obiekt w przestrzeni posiada sześć stopni swobody Miernik przyśpieszenia dokonuje pomiarów zmian kierunku i prędkości 4

Zasada działania Rejestracja zmian poszczególnych stopni swobody umożliwia precyzyjne określenie całkowitego przesunięcia 5

Zasada działania 6

Zasada działania Zmiany Δx, Δy, Δz w odniesieniu do warunków początkowych (x, y, z) Zmiana Δα, Δβ, Δγ w odniesieniu do warunków początkowych (x, y, z) systemu 7

Zalety układów nawigacji inercyjnej całkowita autonomiczność, czujniki pomiarowe znajdują się na obiekcie; brak promieniowania żadnej formy energii na zewnątrz, układ nie jest wrażliwy na zakłócenia zewnętrzne; wskazania parametrów ruchu obiektu oraz pozycji podawane są w sposób ciągły, niezależnie od miejsca położenia obiektu (m.in. w tunelach czy pod wodą); w celu wypracowania przez układ pozycji oraz parametrów ruchu obiektu nie jest wymagana informacja ze stacji naziemnych, a obszar działania systemów nawigacji inercyjnej jest praktycznie nieograniczony; jakość informacji nawigacyjnej jest niezależna od manewrów obiektu ruchomego; 8

Wady układów nawigacji inercyjnej spadek dokładności wyznaczenia pozycji oraz prędkości wraz z upływem czasu, nie ma tu znaczenia czy obiekt porusza się, czy nie; układy inercyjne wymagają czasochłonnej wstępnej kalibracji polegającej na ustawieniu kierunku oraz pionu; utrudnione jest poziomowanie układu inercyjnego na obiekcie ruchomym oraz dla szerokości geograficznych powyżej 75º. 9

Przykład 3DM-GX3-25 10

Budowa sensorów inercyjnych 11

Żyroskopy Żyroskopy (żyra) mierzą prędkość obrotową w jednej (lub więcej) płaszczyźnie. Prędkość obrotowa najczęściej jest wyrażana w stopniach na sekundę ( /s) lub stopniach na godzin ę ( /h). W układach inercyjnych stosuje się trzy żyroskopy umieszczone ortogonalnie względem siebie, co daje trzy stopnie swobody. Urządzenia te można podzielić na trzy podstawowe grupy: układy z wibrującym elementem układy optyczne, Inne. 12

Żyroskopy Do grupy układów z wibrującym elementem należą żyroskopy mechaniczne, MEMS i ceramiczne. Podstawowy składnik tych żyr to element liniowo wibrujący ze znaną częstotliwością. W przypadku wystąpienia obrotu prostopadłego do wibrującego elementu, generowana jest siła Coriolisa. Ta zmiana jest traktowana jako różnica kątowa. Żyroskopy MEMS wypierają z rynku żyroskopy mechaniczne. Technologia MEMS wykorzystuje najnowsze osiągnięcia mechatroniki oraz nanotechnologii w dziedzinie miniaturowych urządzeń elektronicznych. 13

Żyroskopy Żyroskopy wykonane w technologii MEMS, ze względów technologicznych, wykorzystują następujące rozwiązania: układy z wibrującym strojonym elementem kamertonem układy z wirującą masą układy z rezonującą obręczą układy z wahadłem Focaulta 14

Akcelerometry Akcelerometr wykorzystuje drugą zasadę dynamiki Newtona. Są to zwykle konstrukcje mechaniczne, mierzące przesunięcie danej masy względem na stałe zamocowanej obudowy, a wartości pomiaru są wyrażane w jednostkach przyspieszenia ziemskiego g (1g = 9,81 m/sec2) lub mg. W chwili obecnej akcelerometry najczęściej wykonane są w technologii MEMS. Najprostszym rozwiązaniem konstrukcyjnym akcelerometru jest zastosowanie wahadła o jednym stopniu swobody. 15

Akcelerometry 16

Dokładność sensorów inercyjnych Dokładność wskazań systemu inercyjnego ma znaczący wpływu na jego działanie. W przypadku, gdy wymagana jest długotrwała praca z dużą precyzją, w dynamicznym środowisku, bez możliwości korekty wskazań (np. poprzez integrację z systemem GPS), koniecznym staje się zastosowanie specjalistycznych a co za tym idzie bardzo drogich układów. Jeżeli istnieją możliwości w miarę częstej korekty wskazań, a przeznaczenie układu nie zakłada dynamicznych zmian położenia, to możliwe staje się zastosowanie tańszych, ale mniej dokładnych czujników. 17

Dokładność żyroskopów Główne parametry opisujące dokładność żyroskopów to: bias (z ang. błąd systematyczny błąd poprawności wskazań) wskazuje jak szybko będzie narastał błąd wskazań w układzie żyroskopu ( /h) (a), błąd współczynnika skali (ang. scale factor error) to liniowa odchyłka od wartości rzeczywistej (b), nieliniowość wskazań (ang. linearity error) to odkształcenie na wyjściu w zależności od wartości (c), niedokładność kalibracji, szum. 18

Dokładność akcelerometrów Akcelerometry podają wartość przyspieszenia odniesioną względem przyspieszenia ziemskiego wynoszącego 1g = 9,81 m/s2, w zakresie podanym przez producenta. Podobnie, jak w przypadku żyroskopów, parametry opisujące dokładność akcelerometrów to: bias, błąd współczynnika skali, niedokładność kalibracji, szum. 19

Dokładność nawigacji inercyjnej Źródła błędów Temperatura Wewnętrzne układowe naprężenia mechaniczne Konwersja sygnału analogowego na cyfrowy Rodzaje błędów Błędy inicjalizacji związane z określeniem wstępnych parametrów pracy systemu Błędy wyrównania związane z wyrównaniem względem układu Błędy modelu grawitacji związane z przyjętym modelem grawitacyjnym 20

3DM-GX3-25 21

3DM-GX3-25 22

3DM-GX3-25 23

Krokomierz 24

Pomiar przebytej drogi Prędkość Odległość Pomiar bez Pomiar z Błąd [%] [m/s] [cm] filtracji [cm] filtracją [cm] Błąd [%] 0.06 50 56.9 13.8 56.8 13.6 0.12 50 52.7 5.4 52.6 5.2 0.2 50 47.9 4.2 47.8 4.4 0.36 50 50.8 1.6 50.6 1.4 0.46 50 50.05 0.1 49.9 0.2 0.6 50 48.9 2.2 49 2 1 50 49.6 0.8 49.7 0.6 25

Pomiar przebytej drogi Prędkość Odległość Pomiar bez Pomiar z Błąd [%] [m/s] [cm] filtracji [cm] filtracją [cm] Błąd [%] 0.49 220 245.5 11.6 245.3 11.5 0.75 200 225 12.5 224 12 0.8 230 265 15.2 265 15.2 26

Pomiar przebytej drogi 27

Integracja nawigacji inercyjnej z systemem GPS 28