Jump to content

    

Помогите с акселерометрами и гироскопами

1.Датчик (если он пьезо) просто выдает милливольты. Ж оп при всем желании показать не может. Кто хоть раз видел акселерометры подтвердит мою правоту.

2 С ориентацией у автора этого текста однозначно плохо. Если датчик правильно сорентирован, то что-то показать он может только по оси Y. Даже если он сорентирован неправильно-то покажет только по оси перпендикулярной горизонтальной поверхности.

 

Возьмем конкретный датчик LIS3LV02. Цепляем к AVR и смотрим результаты.

 

1. Датчик выдает коды (2 байта) для выбранного диапазона измерения +\- 2 g или +\- 6 g.

2. Ориентация - post-44580-1287912067.jpg

когда датчик находится в таком состоянии, то по оси z получаем код, равный -1 g.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Господа!!!

Прежде чем ломать копья, посмотрите на физику работы акселерометра! Обычный МЕМС акселерометр, это просто, образно говоря, грузик на пружинке с потенциометром для отслеживания положения.!! То есть просто БЕЗМЕН :).

 

Дальше все рассуждения станут предельно просты :). Если вы безмен с гирей положите горизонтально, он ничего не покажет. Если вы безмен с гирей сбросите с 5-го этажа, то пока он не долетит до земли, он ничего не покажет :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
Человеку, без тени смущения, задающему вопрос “как работает гироскоп?” не стоит браться за инерциальные системы навигации, тем более с точностью до каких-то там миллиметров. Для его же пользы. Не надо. Займетесь тем, в чем у вас есть базовое образование, экономический эффект будет выше.

 

Человеку, без тени смущения, знающему все в вопросе “как работает гироскоп?” не стоит так отзываться о человеке которому что-то не понятно. Более того! Вы ведь тоже не знаете как он (гироскоп) работает. И никто в мире не знает!!!!!! Потому, что никто не знает откуда и почему вообще есть такое свойство у материи, как масса. :rolleyes:

 

На форумах часто встречаю людей, которые конкретным предложением не могут помочь и единственный их призыв или купить готовое решение и не "мучится", или заняться "уборкой улиц".

Share this post


Link to post
Share on other sites

  

...На форумах часто встречаю людей, которые конкретным предложением не могут помочь и единственный их призыв или купить готовое решение и не "мучится", или заняться "уборкой улиц".
Спорить не буду, а вот только таких, которые думают, что "если-дважды-проинтегрировать,-то-всё-получится,-скажите-мне-только-формулу-и-посоветуйте-микроконтроллер" тоже немало.

Перед тем, как браться за конкретное дело, неплохо бы чётко уяснить задачу, изучить хотя бы основы теории, да ознакомиться со свойствами доступных датчиков. В 90% случаев пыл угаснет сам собой: дешёвые решения далеко не всегда могут привести к желаемому результату. Впрочем, дорогие тоже. :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Да, если все было бы просто... возьмите практически любой mems ДУС и посмотрите на параметр (сдвиг/дрейф нуля от вектора G)

в лучшем случае из дешевых ДУСов (до 100 баксов) не более 0,05 градуса в секунду на 1 g, интегрируем худший сдвиг и получаем полный кирдык!

А ведь в общем случае датчик может принимать любое положение по отношению к вектору силы тяжести!

Edited by карабас

Share this post


Link to post
Share on other sites

Здравствуйте!

на данный момент работаем над задачей определения координат объекта по средствам объединенной системы INS&GPS, во время отключения сигнала GPS. По сути, та же задача, что и тема данного топика. в качестве инерциальных датчиков берем дешевый МЕМС - ADIS16354 (примерно 500$), который содержит 3 акселерометра и 3 гироскопа.

вот как мы решаем эту задачу:

знаем угловые скорости, решаем кинематические уравнения(ур-я Пуассона), вычисляем кватернион,связывающий ориентацию нашей СК для бесплатформенной ИНС с ориентацией в геоцентрической СК, переходим непосредственно в эту СК, вычитаем в ней из показаний акселерометра по соответствующей оси g, интегрируем(один или 2 раза соответсвенно), получаем оценку местоположения.(вроде так, если ничего не напутал:) )+фильтрация.

 

одна из проблем, с которой столкнулись при решении! подскажите, опытные люди!(написал бы в личку, но не могу!((((( )

на данные с выхода всех датчиков влияют смещения этих датчиков и масштабные коэффициенты(о чем было сказано выше)(также шумы датчиков и кроссфакторы влияния осей, но об этом пока не думали).эти параметры для ADIS разные при каждом включении! то есть понятно, что данные вредные факторы надо оценивать-то есть калибровать прибор. возникает несколько вопросов: ну допустим откалибрую я датчики в лаборатории с помощью сложного стенда и замороченных методов калибровки, и что? при непосредственной установке на объект все значения "вредных факторов" будут другими. то есть надо проводить эту процедуру непосредственно перед началом движения. как это сделать, если прибор уже установлен на объект???

возможен другой вариант - в этом датчике (ADIS) предусмотрена функция автокалибровки. программируем соответствующие регистры в девайсе, ждем некоторое время - он выдает, во всяком случае, значения смещения по всем осям...можно ли ограничиться только этой процедурой? (мой ответ на этот же вопрос - нет, так как заводская калибровка, как я понял и на сколько смог разобраться с датчиками, не дает ни масштабных коэффициентов ни значения кроссфакторов, но в условиях непосредственно натурного эксперимента???) если да, то стоит ли тогда проводить процедуру лабораторной калибровки??? посоветуйте, если есть какие-либо идеи?!

 

И я не из тех, кто считает, что 2ое интегрирование решает проблему!:))) мы изучаем задачу уже не мало времени и с разных сторон!)

Share this post


Link to post
Share on other sites

ууууу....... как все запущено, ... от корки до корки прочитал, вставлю свои 3 копейки. начнем все с начала, как всегда ;)

 

в теорию вдаватся не буду, похоже она тут не всем нужна по ряду разных иррациональных причин. сразу перейду у тому как нада сделать. сам морочусь это задачей 3 года. задачка провести аэродинамический летательный аппарат по маршруту.

 

 

 

1. Акселерометры выдают сигнал пропорциональный проекции суммы векторов ускорения и mg (почему ? это к создателю которго Гагарин в космосе должен был увидеть по мнению некоторых) на ось чувствительности.

2. МЕМs гироскопы (правеольнее называть СКОРОСТНЫЕ ГИРОСКОПЫ) выдают сигнал пропорциональный угловой скорости врашения оси чувствительности (кстате замдумайтесь над скользким вопросом - А В КАКОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ это врашение подразумевается, из ответа следует что покоющийся на земле трехосевой скоростной (да и обычный механический) будут давть по всем осям ненулевый! значения)

3. нам нужно !

измерить координаты в системе координат связанной с земдей( ортодромические или декартовые неважно )

измерить ориентацию осей платформы в этойже системе координат

 

вопрос вопрос - как из 1 и 2 сделать 3, ответ - НИКАК. почему - чтоб измерить относительную координату нада два раза проинтегрировать сигнал с акскелерометра, как уже сдесь разжУЖЁжовывано!!! в сигнале на входе интеграторов нада скомпенсировать составляющие mg... а чтоб их скомпенсировать нада снать ориентацию. фигня вопрос - у нас есть гироскопы - сбрасываем на мерной горизонтали инреграторы интегрируем один раз и получаем углы ориентации... используем их для расчета сигнала с акселерометров и.... хрена лысого, через минуту - несколько Ваша замечательная платформа скажет вам ЧТО ОНА ОКАЗЫВАЕТСЯ ДВИГАЕТСЯ В СТОРОНУ АЛЬДЕБАРАНА ПО КРАТЧАЙШЕМУ ПУТИ СКВОЗЬ ЗЕМЛЮ!! причина? в сигналах датчиков имеется ОШИБКА ИЗМЕРЕНИЯ, в итоге эта ошибка интегрируется АЖ 3 раза один раз на гироскопах + 2 на акселерометрах. Че делать? вешатся!

 

теперь тонкие моменты которые вылезут если ВЫ умудритесь сделать СУПЕРМЕГАТУРБОКЛЕВЙ акселерометр и скоростной гироскоп в которых ошибка измерения будет нулевая :) думаете это Вам поможет, Вы действительно думаете что это спасет отцов русской демократии?? хрена лысого;

-нелзя полность учесть межканальное взаимодействие

-нельзя избавится от ошибок АЦП

-нельзя избавится от конечной полосы пропускания системы обработки сигнала с датчиков

-неизвестно описание поля гравитации на маршруте ( mg - это примитивная модель , не примитивная mg(X), где X - вектор координат платформы ). для начала вспомните что в 5 классе объясняли почему портрет Ленина на экваторе выгоднее запускать ракетой к Луне нежели с Байконура( кстате в космической отрасли у нас вполне обоснованные комплексы неполноценности по поводу места нашего ПМЖ). что приведет что компенсация mg будет опять с ошибкой.

-нельзя нельзя 1001 раз

 

А теперь посмотрим на что можно и как это работет на реальных образцах техники - вернее какого изврата приходится иметь чтобы хоть както ракета прилетела куда нада а не как глонасовские спутники с Потоном.

 

как борются с ошибками определения ориентации

ставять лазерные гироскопы - дают высокую точность но не избавляют от накопления ошибок

неизбежно для списания ошибок интегрирования вводят в навигационный комплекс дополнительные неавтономнеы каналы коррекци

a) радиотехничеческие ( РСДН РСБН СРНС(типа Глоннас по нашему) )

б) оптические - это так называеймые астрокоординаторы - работают по звездам, требуют очень точного источника времени.

в) по магнитному полю земли - в определенные моменты по нему можно ГНРУБО сбросить ошибки гироскопа

г) пирометрические - определяют фоновую температуру конуса диагарммы направленности - типа у земли и неба разные иемпературы излучения, если датчика 4 и они в горизоне то дифсигнал близок нулю при крене возникает разность и реализуется дискриминационная характеристика. неработають на малых высотах, неработают в условиях рельефа и тд.

д) ну еще есть теория из мира эфиродинамики - там дается ответ как померить абсалютную скорость относительно покоющегося эфира. (это тем кто дочитал для окончательного выноса мозга)

 

на ракетах которые не должны пользоватся внешними каналами - они будут падавлены противником ( GPS и Глоннас сугубо мирные технологии для бомбометания по верблюдам груженных коноплей, в случае всемирного шухера спутники будут выведены минут через 10 и никой спутниковой навигации и даже видимо радиосвязи не будет - все включат стнции радиолектронной брорьбы на мегаватные мощности и превеД! ) применяестя обычные платформы - но увод ее з подлетноее время просто обеспечивает промах менее заданного. Хотя вру, наши баллические ракеты привыходе в ближний космом васетаки по звездам корекцию производят а то они бы а америку попалиьы только вот в юную или севеную неизвестно.

на самолетах есть каналы коррекции - например у всех радиолокаторов в режиме 'по земле' есть "кнопка коррекция' - штурман видит кород.. о!!!! командир - этож Волгоград!!! куда нас занесло!! ... вижу электорстанцию... о! вижу на локаторе!! ввожу координаты плотины электностанции в новигационну систему!!! получаю локатором дальность и пеленг..... ИНС хавает это пересчитывает и корректирует интеграторы ...

 

 

недавече как в декабре имел в руках модуль микронавигации размером с полбуханки хлеба, сделн в России. я его спецально попрол продемонстрировать. вообщем в течении 10 секунд после запуска обеспечиват точность измерения углов непоню а координат с точность 3 сигма 0,5 см. после десятой секунды все разваливается - ошибка нарастает квадратично. модуль предназанчен для приема сигнала радиолокатором - для измерения фазового центра антенны чтоб собрать синал по времени и по частоте доплера. вот так, 10 секунд - и это несомненный успех!! ;)

 

ну както так если в детали не вдаватся....;) гдето мож чучуть неаврал но за базар отвечаю.

 

просто убежден что всех постигло понимание и бесссссспросветный оптимизм по поводу изготовления подводных лодок за 3 копейки дома с паяльником на болконе.

Share this post


Link to post
Share on other sites

а кто говорит о балконах, паяльниках и 3х копейках?!))) да, задача не самая простая!)

у нас же задача, слава богу, чуточку проще!)))а именно:навигация наземного транспортного средства в условиях далеких от постапокалиптических, описанных вами!:)))я конечно же про наличие GPS или ГЛОННАС, ну или хотя бы нескольких видимых спутников.ну и их полное отсутствие не исключается:).

я с вами полностью согласен, но, все-таки, не могли бы вы что-нибудь посоветовать по вопросу калибровки датчиков(дабы уменьшить хоть вклад этих погрешностей).

Share this post


Link to post
Share on other sites

калибровка и шумы вещи перпендикулярные. калибровки избавляются не от шумов измерений а добиваются например линеризации функци датчика. если он нелинейный (в Вашем случае как я понял пока даже нуль выловить не удалось), а шумы это другое.

 

как быстро ошибка набегает. ну там к примеу 5м в квадрате за минуту...меряли? статистику набирали? спектральную плотность процесса ошибки оценивали?

 

нек стоит заблуждатся что на автомобиле это проще чем на самолете - машина это не сферический конь в вакууме катющийся по идеальной плоскости -это ведро с гайками которе едет по трехмерному рельефу (чиновники это дорогами назывют). если есть спутники то все хорошо, если нет то мне кажется задача становится дороже чем пробашлять взятку чтоб "заказчик и так принял'

 

вообще то это не комне это к специалистам вопросы, я только типа в теме потому что без навигационных данных я не сделаю свои задачи. Должныж быть люди которые этим занимались и занимаются.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

я тоже далек от того, чтобы назвать себя специалистом)есть незнакомая задача, мы пока пытаемся в неё въехать) пока до натурного эксперимента не дошло, а моделирование дает приемлемые результаты...вот пытаемся оценить, что мы получим, имея реальный МЕМС датчик со всеми его болячками.

о шумах датчика никакой речи не идет - это отдельная задача!там да, и корреляционную/спектральную функции надо оценивать, потом аппроксимировать и т.д. сейчас задача поймать ноль на датчиках, оценить масштабные коэффициенты и кроссфакторы. чтобы позже учесть это в мат. модели наблюдений.

вопрос в чем - стоит ли заморачиваться на сложную и дорогущую калибровочную установку и делать все это в лаборатории, если есть заводская калибровка, которая может оценить только один из неизвестных параметров.(ну с учетом того, что шумы мы как-то аппроксимировали и ввели в модель).

вот, кстати, ещё вопрос: кто-нибудь может разбирался с проблемой комплексирования ИНС & GPS/ГЛОННАС? собственно вопросы возникают по схеме интегрирования с сильной связью(tightly coupled integration)

 

и вот ещё, по поводу:

1. Акселерометры выдают сигнал пропорциональный проекции суммы векторов ускорения и mg (почему ? это к создателю которго Гагарин в космосе должен был увидеть по мнению некоторых) на ось чувствительности.

2. МЕМs гироскопы (правеольнее называть СКОРОСТНЫЕ ГИРОСКОПЫ) выдают сигнал пропорциональный угловой скорости врашения оси чувствительности (кстате замдумайтесь над скользким вопросом - А В КАКОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ это врашение подразумевается, из ответа следует что покоющийся на земле трехосевой скоростной (да и обычный механический) будут давть по всем осям ненулевый! значения)

3. нам нужно !

измерить координаты в системе координат связанной с земдей( ортодромические или декартовые неважно )

измерить ориентацию осей платформы в этойже системе координат

 

вопрос вопрос - как из 1 и 2 сделать 3, ответ - НИКАК. почему - чтоб измерить относительную координату нада два раза проинтегрировать сигнал с акскелерометра, как уже сдесь разжУЖЁжовывано!!! в сигнале на входе интеграторов нада скомпенсировать составляющие mg... а чтоб их скомпенсировать нада снать ориентацию. фигня вопрос - у нас есть гироскопы - сбрасываем на мерной горизонтали инреграторы интегрируем один раз и получаем углы ориентации... используем их для расчета сигнала с акселерометров и.... хрена лысого, через минуту - несколько Ваша замечательная платформа скажет вам ЧТО ОНА ОКАЗЫВАЕТСЯ ДВИГАЕТСЯ В СТОРОНУ АЛЬДЕБАРАНА ПО КРАТЧАЙШЕМУ ПУТИ СКВОЗЬ ЗЕМЛЮ!! причина? в сигналах датчиков имеется ОШИБКА ИЗМЕРЕНИЯ, в итоге эта ошибка интегрируется АЖ 3 раза один раз на гироскопах + 2 на акселерометрах. Че делать? вешатся!

почему нельзя?) допустим, в начале движения(полета) мы выставляем наш аппарат так, чтобы его оси(ну и оси связанной с ним ИНС) были направленны так, как нам надо(допустим на север). вычисляем матрицу косинусов либо кватернион этого положения. по ходу движения обновляем эту матрицу(кватернион), вычисляем свое текущее положение относительно геоцентрической(либо локальной, уому как удобнее) СК. ну и в этой СК осуществляем метод счисления пути!:) нет так разве?) (ну это если абстрагироваться от шумов и прочих ошибок, что в реале делать не стоит:) )

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest @Ark

Совет простой: разберитеcь для начала с физикой явления. Освежите в памяти понятия об инерциальных СК и переходах из одной СК в другую. СК, связанная с Землей (как локальная, так и геоцентрическая), в данном случае уже не может приниматься инерциальной с требуемой степенью точности. Необходимо, как минимум, учитывать ее вращение со скоростью вращения Земли. Т.е. примерно 0,25 градусов в минуту...

Не учитывать это в таких задачах уже нельзя. Иначе Ваша система действительно может показать, что Вы движитесь "внутрь Земли в сторону Альдебарана", и при этом будет абсолютно права... ;)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

да я вроде разбирался!..и про переходы из разных СК в другие освежал буквально перед написанием первого сообщения!))

снова соглашусь - скорость вращения матушки Земли никто не отменял, только вот дешевые МЕМСы (примерно до 2к$) её не фиксируют - уровень собственных шумов большой! а все эти переходы между системами нужны, чтобы считать все в одной СК и учитывать влияние этого, так горячо обсуждаемого в этом топике, g! и конечно же будут погрешности решения уравнений Пуассона, что в свою очередь скажется в погрешности ориентации после перехода из одной СК в другую...

в общем, со своей стороны, продолжу углубление в понимание физики вопроса и тд и тп, но буду очень рад и признателен, если опытные люди поделятся опытом!(вопросы, озвученные мною выше, остаются для меня открытыми!)

Спасибо!:)))

Edited by do_it_self

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest @Ark
снова соглашусь - скорость вращения матушки Земли никто не отменял, только вот дешевые МЕМСы (примерно до 2к$) её не фиксируют - уровень собственных шумов большой!

В том-то и дело. Тем не менее за час "набежит" 15 градусов!

Это нужно ввести в модель априори, иначе "улетите к Альдебарану" и без помощи ошибок интегрирования... :)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

время автономной работ в нашей задаче не часы, а десятки секунд, но, тем не менее, замечание учтем! посмотрим, как это скажется на результатах моделирования...Спасибо!:)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this