Теоретична та експериментальна оцінки точності неортогональних конфігурацій МЕМС-датчиків
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.131945Ключові слова:
МЕМС-датчик, неортогональна конфігурація, напрямні косинуси, динамічний аналіз, вимірювальна похибкаАнотація
Отримано теоретичну та експериментальну оцінки точності неортогональних конфігурацій МЕМС-датчиків на основі як одноосних датчиків, так і триосних вимірювальних блоків. Актуальність дослідження зумовлено можливістю використання таких конфігурацій в навігації безпілотних рухомих об’єктів. Результати було отримано на основі методів інерціальної навігації, аналітичної механіки, математичної статистики та напівнатурного моделювання. Під час досліджень було проаналізовано неортогональні конфігурації одноосних МЕМС-датчиків, включаючи матриці напрямних косинусів. Представлено неортогональні конфігурації на основі інерціальних триосних пристроїв MPU-6050 та конструктивних елементів у вигляді трикутної та чотирикутної пірамід. Отримано відповідні матриці напрямних косинусів. На відміну від відомих неортогональних конфігурацій, враховуються вимірювання усіх датчиків, що входять до складу триосних пристроїв. Надано опис взаємного розташування вимірювальних осей окремих датчиків в запропонованих конфігураціях. Отримано теоретичну оцінку неортогональних конфігурацій МЕМС-датчиків на основі одноосних та триосних вимірювачів кутової швидкості з використанням кореляційних матриць похибок вимірювань. Визначено експериментальну оцінку точності вищезгаданих конфігурацій на підставі динамічного аналізу з використанням триступеневого динамічного стенду просторових переміщень. При цьому надано графічні залежності абсолютних похибок вимірювань, та наведено розрахункові значення відносної похибки вимірювання кутової швидкості. Отримані результати є корисними, оскільки вони напрямлені на забезпечення високоточних та надійних вимірювань, що важливо для безпілотних літальних апаратів, які наразі широко застосовуються в Україні. Результати досліджень можуть також бути застосовані для управління ракетами, що здійснюють запуск малих штучних супутників на орбітуПосилання
- Pejsa, A. J. (1974). Optimum Skewed Redundant Inertial Navigators. AIAA Journal, 12 (7), 899–902. doi: 10.2514/3.49378
- Epifanov, A. D. (1975). Nadezhnost' sistem upravleniya. Moscow: Mashinostroenie, 144.
- Epifanov, A. D. (1978). Izbytochnye sistemy upravleniya letatel'nymi apparatami. Moscow: Mashinostroenie, 178.
- Dai, X., Zhao, L., Shi, Z. (2013). Fault Tolerant Control in Redundant Inertial Navigation System. Mathematical Problems in Engineering, 2013, 1–11. doi: 10.1155/2013/782617
- Rogne, R. H., Bryne, T. H., Fossen, T. I., Johansen, T. A. (2018). Redundant MEMS-Based Inertial Navigation Using Nonlinear Observers. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 140 (7), 071001. doi: 10.1115/1.4038647
- Song, J. W., Park, C. G. (2016). Optimal Configuration of Redundant Inertial Sensors Considering Lever Arm Effect. IEEE Sensors Journal, 16 (9), 3171–3180. doi: 10.1109/jsen.2015.2510545
- Jafari, M. (2015). Optimal redundant sensor configuration for accuracy increasing in space inertial navigation system. Aerospace Science and Technology, 47, 467–472. doi: 10.1016/j.ast.2015.09.017
- Jafari, M., Roshanian, J. (2012). Optimal Redundant Sensor Configuration for Accuracy and Reliability Increasing in Space Inertial Navigation Systems. Journal of Navigation, 66 (02), 199–208. doi: 10.1017/s0373463312000434
- Sushchenko, O. A., Golitsyn, V. O. (2016). Data processing system for altitude navigation sensor. 2016 4th International Conference on Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC). doi: 10.1109/msnmc.2016.7783112
- Larin, V. B., Tunik, A. A. (2015). Fault-tolerant strap-down inertial navigation systems with external corrections. Applied and Computational Mathematics, 14 (1), 23–37.
- Larin, V. B., Tunik, A. A. (2013). On Inertial-Navigation System without Angular-Rate Sensors. International Applied Mechanics, 49 (4), 488–499. doi: 10.1007/s10778-013-0582-x
- Chikovani, V., Sushchenko, O., Tsiruk, H. (2016). Redundant information processing techniques comparison for differential vibratory gyroscope. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (7 (82)), 45–52. doi: 10.15587/1729-4061.2016.75206
- Parshin, A. P., Nemshilov, Y. A. (2016). Development of measurement UAV attitude control unit with non-orthogonal arrangement of sensing elements. Modern technics and technologies, 3. Available at: http://technology.snauka.ru/2016/03/9697
- Sushchenko, O. A., Bezkorovainyi, Y. N., Novytska, N. D. (2017). Nonorthogonal redundant configurations of inertial sensors. 2017 IEEE 4th International Conference Actual Problems of Unmanned Aerial Vehicles Developments (APUAVD). doi: 10.1109/apuavd.2017.8308780
- MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification. Available at: https://store.invensense.com/datasheets/invensense/MPU-6050_DataSheet_.pdf
- Lurie, A. I. (2002). Analytical mechanics. Springer, 864. doi: 10.1007/978-3-540-45677-3
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Olha Sushchenko, Yurii Bezkorovainyi, Nataliia Novytska
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
