دوره 12، شماره 4 - ( مجله کنترل، جلد 12، شماره 4، زمستان 1397 )                   جلد 12 شماره 4,1397 صفحات 35-46 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Sabet M, Mohammadi Daniali H, Fathi A, Alizadeh E. Design and experimental comparison of a new attitude estimation algorithm for accelerated rigid body. JoC. 2019; 12 (4) :35-46
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-466-fa.html
ثابت محمدتقی، محمدی دانیالی حمیدرضا، فتحی علیرضا، علیزاده ابراهیم. طراحی و مقایسه تجربی الگوریتم جدید تخمین تراز برای بدنه شتاب‌دار. مجله کنترل. 1397; 12 (4) :35-46

URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-466-fa.html


1- دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
2- دانشگاه صنعتی مالک اشتر
چکیده:   (1147 مشاهده)

در این مقاله با استفاده از یک مدل‌سازی جدید، الگوریتم کالمن توسعه‌یافته‌ای برای تخمین تراز (زاویه غلت و فراز) و بایاس حسگرهای ژیروسکوپ به کمک حسگرهای اینرسی شامل یک شتاب‌سنج سه محوره و یک ژیروسکوپ سه محوره ارائه شده است. این الگوریتم برای تخمین دقیق تراز در شرایط دینامیکی و حضور اغتشاشات خارجی توسعه داده شده است. با توجه به این که مساله تخمین شتاب بدنی خارجی به عنوان اصلی‌ترین منبع خطای تخمین تراز در شرایط دینامیکی اهمیت زیادی در دقت تخمین تراز دارد، اما در مراجع موجود میزان خطای ناشی از آن بر روی تخمین تراز در شرایط دینامیکی مختلف بررسی نشده است. این مقاله به مساله تخمین بایاس حسگرهای ژیروسکوپ در دو راستای چرخش غلت و فراز، تخمین تراز دقیق در شرایط دینامیکی مختلف و تخمین شتاب بدنی خارجی می‌پردازد. عملکرد الگوریتم پیشنهادی برای تخمین تراز، شتاب بدنی خارجی و بایاس حسگرهای ژیروسکوپ با استفاده از آزمون‌ تجربی شبه-استاتیکی و دینامیکی در محدود شتاب مختلف ارزیابی می‌شود.

متن کامل [PDF 672 kb]   (280 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: تخصصي
دریافت: ۱۳۹۶/۱/۸ | پذیرش: ۱۳۹۶/۱۱/۲۳ | انتشار: ۱۳۹۸/۲/۱۴

فهرست منابع
1. [1] K. Li, L. Chang, and B. Hu, "Unscented Attitude Estimator Based on Dual Attitude Representations," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 64, pp. 3564-3576, 2015. [DOI:10.1109/TIM.2015.2454631]
2. [2] H. G. d. Marina, F. J. Pereda, J. M. Giron-Sierra, and F. Espinosa, "UAV Attitude Estimation Using Unscented Kalman Filter and TRIAD," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, pp. 4465-4474, 2012. [DOI:10.1109/TIE.2011.2163913]
3. [3] L. Paull, S. Saeedi, M. Seto, and H. Li, "AUV navigation and localization: A review," IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 39, pp. 131-149, 2014. [DOI:10.1109/JOE.2013.2278891]
4. [4] G. To and M. R. Mahfouz, "Quaternionic Attitude Estimation for Robotic and Human Motion Tracking Using Sequential Monte Carlo Methods With von Mises-Fisher and Nonuniform Densities Simulations," IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 60, pp. 3046-3059, 2013. [DOI:10.1109/TBME.2013.2262636]
5. [5] J. Vaganay, M. J. Aldon, and A. Fournier, "Mobile robot attitude estimation by fusion of inertial data," in Robotics and Automation, 1993. Proceedings., 1993 IEEE International Conference on, 1993, pp. 277-282 vol.1.
6. [6] N. Barbour and G. Schmidt, "Inertial sensor technology trends," IEEE Sensors Journal, vol. 1, pp. 332-339, 2001. [DOI:10.1109/7361.983473]
7. [7] D. Roetenberg, H. J. Luinge, C. T. M. Baten, and P. H. Veltink, "Compensation of magnetic disturbances improves inertial and magnetic sensing of human body segment orientation," IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 13, pp. 395-405, 2005. [DOI:10.1109/TNSRE.2005.847353]
8. [8] Y. S. Suh, "Orientation Estimation Using a Quaternion-Based Indirect Kalman Filter With Adaptive Estimation of External Acceleration," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 59, pp. 3296-3305, 2010. [DOI:10.1109/TIM.2010.2047157]
9. [9] T. Harada, H. Uchino, T. Mori, and T. Sato, "Portable absolute orientation estimation device with wireless network under accelerated situation," in Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA '04. 2004 IEEE International Conference on, 2004, pp. 1412-1417 Vol.2. [DOI:10.1109/ROBOT.2004.1308022]
10. [10] X. Yun and E. R. Bachmann, "Design, Implementation, and Experimental Results of a Quaternion-Based Kalman Filter for Human Body Motion Tracking," IEEE Transactions on Robotics, vol. 22, pp. 1216-1227, 2006. [DOI:10.1109/TRO.2006.886270]
11. [11] G. S. Faber, C.-C. Chang, P. Rizun, and J. T. Dennerlein, "A novel method for assessing the 3-D orientation accuracy of inertial/magnetic sensors," Journal of biomechanics, vol. 46, pp. 2745-2751, 2013. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2013.07.029]
12. [12] D. Jurman, M. Jankovec, R. Kamnik, and M. Topič, "Calibration and data fusion solution for the miniature attitude and heading reference system," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 138, pp. 411-420, 8/26/ 2007. [DOI:10.1016/j.sna.2007.05.008]
13. [13] P. Doostdar and J. Keighobadi, "Design and implementation of SMO for a nonlinear MIMO AHRS," Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 32, pp. 94-115, 10// 2012. [DOI:10.1016/j.ymssp.2012.02.007]
14. [14] H. Sheng and T. Zhang, "MEMS-based low-cost strap-down AHRS research," Measurement, vol. 59, pp. 63-72, 1// 2015. [DOI:10.1016/j.measurement.2014.09.041]
15. [15] Y.-S. Suh, S.-K. Park, H.-J. Kang, and Y.-S. Ro, "Attitude Estimation Adaptively Compensating External Acceleration," JSME International Journal Series C Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing, vol. 49, pp. 172-179, 2006. [DOI:10.1299/jsmec.49.172]
16. [16] J. K. Lee and E. J. Park, "Minimum-Order Kalman Filter With Vector Selector for Accurate Estimation of Human Body Orientation," IEEE Transactions on Robotics, vol. 25, pp. 1196-1201, 2009. [DOI:10.1109/TRO.2009.2017146]
17. [17] A. M. Sabatini, "Quaternion-based extended Kalman filter for determining orientation by inertial and magnetic sensing," IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 53, pp. 1346-1356, 2006. [DOI:10.1109/TBME.2006.875664]
18. [18] H. Rehbinder and X. Hu, "Drift-free attitude estimation for accelerated rigid bodies," Automatica, vol. 40, pp. 653-659, 4// 2004. [DOI:10.1016/j.automatica.2003.11.002]
19. [19] W. Chou, B. Fang, L. Ding, X. Ma, and X. Guo, "Two-step optimal filter design for the low-cost attitude and heading reference systems," IET Science, Measurement & Technology, vol. 7, pp. 240-248, 2013. [DOI:10.1049/iet-smt.2012.0100]
20. [20] X. Yun, E. R. Bachmann, and R. B. McGhee, "A Simplified Quaternion-Based Algorithm for Orientation Estimation From Earth Gravity and Magnetic Field Measurements," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 57, pp. 638-650, 2008. [DOI:10.1109/TIM.2007.911646]
21. [21] H. J. Luinge and P. H. Veltink, "Measuring orientation of human body segments using miniature gyroscopes and accelerometers," Medical and Biological Engineering and Computing, vol. 43, pp. 273-282, 2005. [DOI:10.1007/BF02345966]
22. [22] T. I. Fossen, Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control: John Wiley & Sons, 2011. [DOI:10.1002/9781119994138]
23. [23] D. Titterton and J. L. Weston, Strapdown inertial navigation technology vol. 17: IET, 2004. [DOI:10.1049/PBRA017E]
24. [24] D. Simon, Optimal state estimation: Kalman, H infinity, and nonlinear approaches: John Wiley & Sons, 2006. [DOI:10.1002/0470045345]
25. [25] O. S. Salychev, Applied inertial navigation : problems and solutions. Moscow, Russia: BMSTU Press, 2004.
26. [26] R. E. Kalman, "A new approach to linear filtering and prediction problems," Journal of basic Engineering, vol. 82, pp. 35-45, 1960. [DOI:10.1115/1.3662552]
27. [27] R. Bucy, "Nonlinear filtering theory," IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 10, pp. 198-198, 1965. [DOI:10.1109/TAC.1965.1098109]
28. [28] M. T. Sabet, A. R. Fathi, and H. R. Mohammadi Daniali, "Optimal design of the Own Ship maneuver in the bearing-only target motion analysis problem using a heuristically supervised Extended Kalman Filter," Ocean Engineering, vol. 123, pp. 146-153, 9/1/ 2016. [DOI:10.1016/j.oceaneng.2016.07.028]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


کلیه حقوق این وب سایت متعلق به مجله کنترل می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2019 All Rights Reserved | Journal of Control

Designed & Developed by : Yektaweb