МІКРОМЕХАНІЧНИЙ ІНКЛІНОМЕТР

Автор(и)

  • Oleksandr Sapegin Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут им. Игоря Сікорського" http://orcid.org/0000-0002-7054-0825
  • Grygoriy Strokach Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут им. Игоря Сікорського"

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.59(1).2020.210007

Ключові слова:

кутомір, мікромеханічний датчик, Arduino, Matlab

Анотація

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.

Біографії авторів

Oleksandr Sapegin, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут им. Игоря Сікорського"

кафедра приладів і систем орієнтації та навігації, асистент

Grygoriy Strokach, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут им. Игоря Сікорського"

кафедра приладів і систем орієнтації та навігації,

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

2020-07-20

Номер

Розділ

ТЕОРІЯ ТА ПРАКТИКА НАВІГАЦІЙНИХ ПРИЛАДІВ І СИСТЕМ