📄Работа №212751
Тема: Программное обеспечение автоматической калибровки датчиков инерциальной информации
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Автоматика и управление
Объем:
85 листов
Год:
2017
Просмотров:
43
4850
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
АННОТАЦИЯ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 9
2 ДАТЧИКИ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИЙ 10
2.1 Акселерометры 11
2.2 Датчики угловой скорости (ДУС) 16
3 ПОСТРОЕНИЕ НАВИГАЦИОННХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ДАТЧИКОВ
ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ 17
3.1 Платформенные навигационные системы 20
3.2 Бесплатформенные навигационные системы (БИНС) 22
4 ТИПЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ И ВИДЫ КАЛИБРОВКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ 25
5 ПРОЦЕДУРЫ ПРЕДСТАРТОВОЙ ПРОВЕРКИ ПЛАТФОРМЕННОЙ
НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ, УСТАНОВЛЕННОЙ НА ПОДВИЖНОМ ОБЪЕКТЕ 33
6 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ (МЕТОДЫ), ИСИОЛЬЗУНМЫП НА
ЭТАПАХ ПРЕДСТАРТОВОЙ ПРОВЕРКИ 36
6.1 Метод золотого сечения 36
6.2 Метод квадратичной интерполяции 36
6.3 Квазиньютоновские методы 37
6.3.1 Квази-ньютоновкий метод BFGS (Бройдена - Флетчера - Голдфарба -
Шэнно) 37
6.3.2 Метод наискорейшего спуска 39
6.3.3 Метод DFP (Дэвидона - Флетчера - Пауэлла) 40
6.4 Метод Нелдера — Мида 41
7 СТЕНДЫ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ИСПЫТАНИЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ 42
8 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОЗВЕННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ В
КАЧЕСТВЕ СТЕНДОВ КАЛИБРОВКИ 44
9 БЛОК ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ (БЛОК
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ) 57
10 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
КАЛИБРОВКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ - АКСЕЛЕРОМЕТРОВ 51
10.1 Реализация алгоритмов калибровки чувствительных элементов 64
10.2 Реализация методов поиска экстремума 78
11 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
ЛИТЕРАТУРА 92
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 9
2 ДАТЧИКИ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИЙ 10
2.1 Акселерометры 11
2.2 Датчики угловой скорости (ДУС) 16
3 ПОСТРОЕНИЕ НАВИГАЦИОННХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ДАТЧИКОВ
ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ 17
3.1 Платформенные навигационные системы 20
3.2 Бесплатформенные навигационные системы (БИНС) 22
4 ТИПЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ И ВИДЫ КАЛИБРОВКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ 25
5 ПРОЦЕДУРЫ ПРЕДСТАРТОВОЙ ПРОВЕРКИ ПЛАТФОРМЕННОЙ
НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ, УСТАНОВЛЕННОЙ НА ПОДВИЖНОМ ОБЪЕКТЕ 33
6 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ (МЕТОДЫ), ИСИОЛЬЗУНМЫП НА
ЭТАПАХ ПРЕДСТАРТОВОЙ ПРОВЕРКИ 36
6.1 Метод золотого сечения 36
6.2 Метод квадратичной интерполяции 36
6.3 Квазиньютоновские методы 37
6.3.1 Квази-ньютоновкий метод BFGS (Бройдена - Флетчера - Голдфарба -
Шэнно) 37
6.3.2 Метод наискорейшего спуска 39
6.3.3 Метод DFP (Дэвидона - Флетчера - Пауэлла) 40
6.4 Метод Нелдера — Мида 41
7 СТЕНДЫ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ИСПЫТАНИЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ 42
8 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОЗВЕННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ В
КАЧЕСТВЕ СТЕНДОВ КАЛИБРОВКИ 44
9 БЛОК ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ (БЛОК
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ) 57
10 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
КАЛИБРОВКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ - АКСЕЛЕРОМЕТРОВ 51
10.1 Реализация алгоритмов калибровки чувствительных элементов 64
10.2 Реализация методов поиска экстремума 78
11 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
ЛИТЕРАТУРА 92
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
📖 Аннотация
В данной работе разработано программное обеспечение для автоматической калибровки датчиков инерциальной информации (акселерометров и гироскопов), являющееся ключевым инструментом для повышения точности навигационных систем. Актуальность исследования обусловлена постоянным ростом требований к точностным характеристикам инерциальных навигационных комплексов нового поколения, где одним из основных способов улучшения параметров является построение адекватных математических моделей чувствительных элементов и точное определение их коэффициентов. Основные результаты включают формирование структуры программного комплекса, разработку функциональных модулей и успешную экспериментальную отладку на лабораторном стенде с использованием робота-манипулятора UR10 и блока инерциальной системы, в ходе которой были апробированы методы оптимизации ориентации акселерометров. Научная значимость работы заключается в систематизации подходов к калибровке и применении современных алгоритмов оптимизации, таких как метод Бройдена — Флетчера — Голдфарба — Шэнно (BFGS), для уточнения параметров моделей. Практическая ценность состоит в создании действующего программного инструмента, который может использоваться для исследований в учебном процессе, например, при подготовке специалистов по направлению «Управление в технических системах». Теоретической основой послужили труды В.И. Соловьева и П.Г. Шабалова по инерциальным навигационным системам, исследования Л.Н. Лысенко в области наведения баллистических ракет, а также работы В.В. Мелешко и О.И. Нестеренко, посвященные бесплатформенным инерциальным системам.
📖 Введение
Создание систем ориентации и навигации нового поколения определяют постоянный рост требований к точности навигационных комплексов. Одним из основных способов повышения точностных характеристик инерциальных навигационных систем является создание и использование адекватной математической модели датчиков инерциальной информации (гироскопов и акселерометров). Под калибровкой понимается процесс определения или уточнения параметров принятой математической модели датчиков. Для проведения испытаний и калибровки необходимо специализированное оборудование и программное обеспечение, которое позволит экспериментально получить требуемые исходные данные для получения числовых параметров коэффициентов математической модели.
Уточнение параметров математической модели, а также уточнение самой математической модели дает возможность повышения точности навигационных систем алгоритмическими способами.
Основными инструментальными факторами, приводящими к ошибкам в инерциальных навигационных системах, являются погрешности акселерометров и датчиков угловых скоростей, обычно представляемые постоянной составляющей, ошибкой масштабных коэффициентов, ошибками
неортогональности и перекоса осей блоков чувствительных элементов, температурной нестабильностью и другими причинами.
Современные навигационные системы - сложные аппаратно-программные комплексы с реализацией алгоритмов получения навигационной информации в бортовом вычислительном устройстве.
При этом вычисление навигационной информации можно разделить на 2 типа:
• вычисление навигационной информации с идеальными датчиками - идеальная математическая модель работы навигационной системы (рис. 1);
вычисление навигационной информаций с учетом модели погрешности датчиков (рис. 2).
Рисунок 1 - Блок-схема вычисления навигационной информации
в случае идеальных датчиков
Рисунок 2 - Блок-схема вычисления навигационной информации
с учетом моделей погрешностей датчиков
Уточнение параметров математической модели, а также уточнение самой математической модели дает возможность повышения точности навигационных систем алгоритмическими способами.
Основными инструментальными факторами, приводящими к ошибкам в инерциальных навигационных системах, являются погрешности акселерометров и датчиков угловых скоростей, обычно представляемые постоянной составляющей, ошибкой масштабных коэффициентов, ошибками
неортогональности и перекоса осей блоков чувствительных элементов, температурной нестабильностью и другими причинами.
Современные навигационные системы - сложные аппаратно-программные комплексы с реализацией алгоритмов получения навигационной информации в бортовом вычислительном устройстве.
При этом вычисление навигационной информации можно разделить на 2 типа:
• вычисление навигационной информации с идеальными датчиками - идеальная математическая модель работы навигационной системы (рис. 1);
вычисление навигационной информаций с учетом модели погрешности датчиков (рис. 2).
Рисунок 1 - Блок-схема вычисления навигационной информации
в случае идеальных датчиков
Рисунок 2 - Блок-схема вычисления навигационной информации
с учетом моделей погрешностей датчиков
✅ Заключение
В рамках выпускной квалификационной работы на тему «Программное обеспечение автоматической калибровки датчиков инерциальной информации» проведен анализ исходной информации (технического задания), анализ видов чувствительных элементов, их функциональных и точностных характеристик, рассмотрены общие подходы к проведению калибровок чувствительных элементов.
На первом этапе реализации программного обеспечения сформирована структура ПО, определен состав функциональных модулей. Отладка программного обеспечения выполнена на рабочем экземпляре стенда калибровки чувствительных элементов лаборатории «Моделирования динамики движения летательных аппаратов» в составе робота-манипулятора UR10 и блока инерциальной навигационной системы. Опробованы методы оптимизации ориентации оси чувствительности акселерометра вдоль направления действия ускорения свободного падения.
Разработанное программное обеспечение позволяет проводить исследование характеристик чувствительных элементов - акселерометров в рамках выполнения лабораторных и курсовых работ дисциплин учебного курса направления подготовки 27.03.04 «Управление в технических системах».
На первом этапе реализации программного обеспечения сформирована структура ПО, определен состав функциональных модулей. Отладка программного обеспечения выполнена на рабочем экземпляре стенда калибровки чувствительных элементов лаборатории «Моделирования динамики движения летательных аппаратов» в составе робота-манипулятора UR10 и блока инерциальной навигационной системы. Опробованы методы оптимизации ориентации оси чувствительности акселерометра вдоль направления действия ускорения свободного падения.
Разработанное программное обеспечение позволяет проводить исследование характеристик чувствительных элементов - акселерометров в рамках выполнения лабораторных и курсовых работ дисциплин учебного курса направления подготовки 27.03.04 «Управление в технических системах».
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.