МІКРОМЕХАНІЧНИЙ ІНКЛІНОМЕТР
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.59(1).2020.210007Ключові слова:
кутомір, мікромеханічний датчик, Arduino, MatlabАнотація
У якості вимірювачів кута нахилу на рухомих об’єктах невеликої маневреності часто використовують різноманітні інклінометри. Здебільшого це великогабаритні пристрої, в яких використовують різноманітні маятники як чутливі елементи. Використання сучасних мікроелектромеханічних чутливих елементів, а також малогабаритних мікропроцесорів у поєднанні із технологією тривимірного друку дозволяє створювати невеликі та дешеві прилади. У роботі подані результати синтезу алгоритмічного та програмного забезпечення мікромеханічного інклінометру, а також приведено розроблену конструкцію. В якості чутливих елементів використовувався мікромеханічний інерціальний вимірювальний модуль MPU 6050, бортовим обчислювачем є мікроконтролер сімейства Arduino. Розроблено алгоритмічне забезпечення інклінометру, що ґрунтується на використанні засобів інерціальної навігації, а саме чисельному інтегруванні рівняння орієнтації Пуассона. Дрейфи нулів мікромеханічних гіроскопів вдалося частково компенсувати впровадженням компліментарного фільтра. Він дозволяє використати сигнали акселерометрів MPU 6050 для поточної корекції вихідної матриці напрямних косинусів. Проведено серію тестів для підбору оптимального коефіцієнта підсилення фільтру. Програмне забезпечення для платформи Arduino розроблено у середовищі Matlab Simulink. Це дозволило значно пришвидшити процес розробки та тестування приладу. Корпус розроблено у середовищі SolidWorks. Використання мініатюрних датчиків та контролера дозволило застосувати технологію тривимірного друку для виготовлення усіх деталей корпусу приладу. Для автономної роботи інклінометр додатково оснащено блоком акумуляторів. Натурні випробування макету інклінометру показали стабільну точність і низький дрейф кутів нахилу на нерухомій основі.
Посилання
S. S. Sysoeva, “Tendencii rynka High-end MJeMS-datchikov inercii. Novye urovni harakteristik i ispolnenija,” Komponenty i tehnologii, no. 6, pp. 40–46, 2014. (in Russian)
Y. Liu, H. Wang, F. Cheng, M. Wang, and X. Ni, “Improvement Method of Full-Scale Euler Angles Attitude Algorithm for Tail-Sitting Aircraft,” Springer, Singapore, 2018, С. 257–269.
Y. Wu, Y. A. Litmanovich, “Strapdown Attitude Computation: Functional Iterative Integration versus Taylor Series Expansion,” Sep. 2019, Accessed: Feb. 28, 2020. [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/1909.09935.
MATLAB Support Package for Arduino Hardware Documentation. [Online]. Available: https://www.mathworks.com/help/supportpkg/arduinoio/index.html. [Accessed: 02-Jun-2020].
G. U. Strokach and O. M. Sapegin, “Kutomir na osnovi akselerometru ADXL-335,” in Pogljad u majbutnje pryladobuduvannja, 2019, pp. 46–48. (in Ukrainian)
Yu. N. Chelnokov, S.E. Perelyaev, L.A. Chelnokova, “Research of algorithms for determining the inertial orientation of a moving object,” Izvestiya Saratov University. New series. Maths. Mechanics. Informatics, Is. 16, No. 1, pp. 80–95, 2016, DOI:10.18500/1816-9791-2016-16-1-80-95. (in Russian)
O. M. Sapegin and M. V. Norenko, “Algorytm bezplatformnoi' inercial'noi' systemy orijentacii' na lazernyh giroskopah,” Naukovi visti Nacional'nogo tehnichnogo universytetu Ukrai'ny “Kyi'vs'kyj politehnichnyj instytut,” no. 2, pp. 108–113, 2017. DOI: 0.20535/1810-0546.2017.2.96257 (in Ukrainian)
V.L Volkov, N.V. Zhidkova, “Features of modeling strapdown inertial systems,” Scientific Review. Technical sciences, no. 4, pp. 5–12, 2016. (in Russian)
V. V. Meleshko and O. I. Nesterenko, Besplatformennye inercial'nye navigacionnye sistemy, 1st ed. Kirovograd: POLIMED Servis, 2011. (in Russian)
V. N. Branets, I. P. Shmyglevskiy, Vvedeniye v teoriyu besplatformennykh inertsial'nykh navigatsionnykh sistem. Moskva, RF: Nauka, 1992 (in Russian).
W. Zhang, M. Ghogho, and B. Yuan, “Mathematical Model and Matlab Simulation of Strapdown Inertial Navigation System,” Model. Simul. Eng., vol. 2012, pp. 1–25, 2012, DOI: 10.1155/2012/264537
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
