СХЕМИ КОРЕКЦІЇ ГІРОМАГНІТНОГО КОМПАСУ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.63(1).2022.260624Ключові слова:
гіромагнітний компас, схема корекції, пропорційно-інтегрально-диференціальний регулятор, нечіткий контролер, фільтр КалманаАнотація
У зв'язку зі значним прогресом у вдосконаленні чутливих елементів приладів (гіроскопів, акселерометрів, магнітометрів), а також збільшеними можливостями обробки інформації обчислювальними засобами виникла необхідність у застосуванні сучасних досконалих алгоритмів побудови систем корекції гіромагнітного компасу.
Об'єктом дослідження є схеми корекції: з адаптованим пропорційно-інтегрально-диференціальним (ПІД) регулятором, з регулятором з нечіткою логікою (Fuzzy controller), з фільтром Калмана для корекції гіроскопічного вимірювача за значеннями магнітного датчику курсу. Водночас, за основу для порівняння береться відома схема гіромагнітного компасу з моментною пропорційно-інтегральною корекцією. Розглядається згладжування коливальної помилки магнітного компаса, яка може бути переважаючою.
Предмет дослідження - характеристики точності за усталеного режиму. Дослідження проводиться за умови моделювання роботи гіромагнітного компасу. Як характеристики корекції прийняті середня квадратична помилка (rms) і середнє значення помилки. Водночас, контролюється також перехідний процес початкової виставки. У досліджуваних алгоритмах застосовано нові рішення.
У диференціальному каналі ПІД застосовано затримку на чверть періоду коливань, а коєфіцієнт передачі диференціального каналу налаштовується за частотою коливань. Подібне настроювання дозволяє майже повністю згладити коливальну помилку гіромагнітного компаса за умови компенсації коливальної помилки отриманим сигналом диференціального контура. У схемі з фільтром Калмана отримано оцінку помилки курсу перебуває у протифазі з помилкою. Після введення затримки оцінки на півперіоду коливань оцінка практично повністю відповідає помилці. Таким чином в приладному значенні курсу можна майже повністю усунути коливальну помилку.
У статті показано, що всі три досліджувані схеми корекції показують кращі характеристики порівняно з відомою базовою схемою. Найбільшої точності можна досягти при застосуванні фільтра Калмана з необхідними налаштуваннями матриць збурення, вимiрювання та матриці початкових помилок.
Найбільш простою для реалізації є схема з адаптованим ПІД-регулятором. Її характеристики близькі до схеми з фільтром Калмана.
Посилання
Official website of the company “InertiaLab”. [Online]. Available: https://inertiallabs.com.
R. Dorf and R. Bishop, Modern control systems, Translation from English. B.I. Kopylova, Moscow, Basic knowledge laboratory, 2004 (in Russian).
V. V. Denisenko, “PID controllers: principles of construction and modification,” Modern automation technologies, no. 1, pp.78-88, 2007 (in Russian).
V. V. Denisenko, “PID controllers: implementation issues,” Modern automation technologies, no. 1, pp.89-99, 2008 (in Russian).
A. A Odintsov, V.V. Meleshko, and S.A. Sharov, Orientation of objects in the Earth's magnetic field, K, Korniychuk, 2008 (in Russian).
V. V. Meleshko, Inertial navigation systems. Initial alignment, K, Korniychuk, 1999 (in Russian).
V. V. Avrutov and Z.S. Stefanishin, “Alignment of an inertial navigation system with PID-regulator alternatives,” K.: Naukovі visti NTUU “KPI”, no. 5, pp.35-42, 2015 (in Russian).
V. V. Meleshko and D.N. Kolesnikov, “Gyromagnetic compass with adaptable PID controller,” Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., no. 52(2), pp.26-32, 2016; http://ela.kpi.ua/handle/123456789/19348 (in Russian).
Eds K.A. Pupkov and N..D. Egupov, Methods of classical and modern theory of automatic control,: V.3; Synthesis of regulators of automatic control systems, M .: Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2004 (in Russian).
O. A. Stepanov. Fundamentals of the theory of estimation with applications to the problems of processing navigational information, Part 2. Introduction to the theory of filtration, St. Petersburg: State Scientific Center of the Russian Federation OJSC “Concern “Central Research Institute “Elektropribor,”, 2012 (in Russian).
Á. Odry et al., “A novel Fuzzy-adaptive extended Kalman filter for real-time attitude estimation of mobile robots,” Sensors, vol. 20, no 803, 2020; doi:10.3390/s20030803
N. P. Demenkov and T. D. Minh, “Research of fuzzy adaptive filter in the problem SINS,” AIP Conference Proceedings 2318, 130007, 2021; doi.org/10.1063/5.0035796
H. Nourmohammadi and J. Keighobadi, “Fuzzy adaptive integration scheme for low-cost SINS/GPS navigation system,” 2021; https://www.researchgate.net/publication/318197389
K. Narayanan, “Performance analysis of attitude determination algorithms for low cost attitude heading reference systems,” Ph.D. dissertation, Auburn, Alabama, Aug., 2010.
N. Sanjay, J. Adinath, and S.A. Hariprasad, “Performance analysis of ship tracking using PID/Fuzzy controller,” International Journal of Computer Trends and Technology (IJCTT), vol. 4, no. 6, Jun. 2013.
Z. Qiang, P. Yongjie, W. Lei, and Z. Wen, “Magnetic deviation correction for magnetometers in mini-AHRS using strong tracking UKF,” IEEE, Hampton Roads, VA, USA, Oct. 2012; doi: 10.1109/oceans.2012.6405063
V. V. Meleshko and O. I. Nesterenko, Strapdown inertial navigation systems, Kirovograd: POLYMED Service, 2011; https://ela.kpi.ua/handle/123456789/39032 (in Russian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 CC BY 4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
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.
