ارائه یک ساختار واحد سنجش اینرسی، باقابلیت سنجش دوران بدون استفاده از ژیرسکوپ

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

گروه کنترل، دانشکده مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

10.30699/jsst.2020.112794

چکیده

در این مقاله ساختاری جدید برای یک واحد سنجش اینرسی ارائه می‌گردد که شامل سه دیسک دوار حول محورهای اصلی دستگاه بدنی است و روی هر دیسک یک شتاب‌سنج نصب می‌شود. همچنین نشان داده می‌شود که ساختار پیشنهادی قابلیت کاهش اثر پارامترهای مزاحم شتاب‌سنج‌ها مثل بایاس ثابت و متغیر و همچنین تضعیف نویز را دارد. به علاوه، در این ساختار می‌توان شتاب دوران وسیله را بدون استفاده از ژیروسکوپ اندازه‌گیری نمود. با توجه به ساختار دورانی این سامانه، نیاز است تا از شتاب‌سنج‌ها به صورت مداوم نمونه‌برداری شود. جهت استفاده از اطلاعات نمونه برداری شده، باید محاسبات مربوطه در حالت گسسته-زمان انجام شود. در این مقاله روشی جهت ترکیب این اطلاعات ارائه گردیده و با بررسی معادلات مربوطه، عملکرد موفق این روش در کاهش اثر سه پارامتر بایاس ثابت و بایاس متغیر شتاب‌سنج‌ها و نویز اندازه‌گیری نشان داده می‌شود. همچنین کارایی روش پیشنهادی در اندازه‌گیری شتاب دوران وسیله توسط شبیه‌سازی عددی نشان داده می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Presentation the structure of an Inertial Measurement Unit to evaluate the rotation without using gyros

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hosein Shafiei
  • meisam jowkar
  • Behrooz safarinejad
Department of Electrical and Electronic Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz.IRAN
چکیده [English]

In this paper a new structure for the inertia measurement unit is presented; the proposed structure consists of three rotary discs around the three main axes in the body, and an accelerometer is mounted on each disc. It is shown in this paper that the proposed structure reduces the effect of disturbing accelerometer parameters, such as constant and variable bias, as well as noise depletion. Due to the proposed rotational structure, it is necessary to continuously sample the accelerometers. In order to use the sampled data, calculations should be performed in discrete mode. In this paper, a method for combining this information is presented. By examining the proposed equations, the successful performance of this method is shown in the reduction of the effect of three constant bias parameters and the bias of the accelerometer and the measured noise. As well as the efficiency of the proposed method for measuring the acceleration of the device using Numerical representation is shown.

کلیدواژه‌ها [English]

  • IMU
  • INS
  • rotating IMU
[1]    Lawrence,Anthony,Modern inertial  technology: navigation, guidance, and control, 1st Edition , Springer  Science & Business Media, United States of America, 2012.
[2]     Jafari, M. Sanghari. A. and Roshanian, J., "Integrated Inertial Navigation with Positioning System for Increasing Orbital Module Navigation Accuracy," Journal of Space Science and Technology, Vol. 5, No. 3, 2012, pp. 11-19.
[3]   Barbour, Neil, and George Schmidt, “Inertial sensor  technology trends.’’ IEEE Sensors journal, vol.1(4), pp.332-339, 2001.
[4]   Blakelock JH, Automatic control of aircraft and missiles, John Wiley & Sons; 1991.
[5]   Titterton, David, and John L. Weston،Strapdown inertial navigation technology,2nd Edition, The Institution of Electrical Engineers, UK by MPG Books Limited, Bodmin, Cornwal, 2004.
[6]   Hu, Peida, Peng Xu, Bingxu Chen, and Qiuping Wu. "A self-calibration method for the installation errors of rotation axes based on the asynchronous rotation of rotational inertial navigation systems." IEEE Trans. Ind. Electron., pp.65, no. 4, 2018.
[7]   Du, Shuang. "Self‐alignment and calibration of a MEMS IMU: Improving observability and estimability by rotary motions of IMU." Asian Journal of Control, 2019.
[8]   Xing, Haifeng, Zhiyong Chen, Haotian Yang, Chengbin Wang, Zhihui Lin, and Meifeng Guo. "Self-Alignment MEMS IMU Method Based on the Rotation Modulation Technique on a Swing Base." Sensors 18, no. 4, 2018
[9]   Zha, Feng, Bai-qing Hu, Fang-jun Qin, and Yin-bo Luo. "A rotating inertial navigation system with the rotating axis error compensation consisting of fiber optic gyros." Optoelectronics letters Vol. 8, no. 2 (2012): pp. 146-149, doi:10.1007/s11801-012-1103-6.
[10]     Sun, Feng, Jianzhong Xia, Haiyu Lan, and Xintao Liu. "Researchon integrated alignment of rotary strapdown inertial navigation system." In Mechatronics and Automation (ICMA),2012 International Conference on, pp. 725-730. IEEE, 2012
[11]     Gao, Pengyu, Kui Li, Lei Wang, and Zengjun Liu. "A self-calibration method for tri-axis rotational inertial navigation system." Measurement Science and Technology 27, no. 11, 2016.
[12]     Schuler, A.R., Grammatikos, A. and Fegley, K.A., ‘’Measuring rotational motion with linear accelerometers.’’ IEEE transactions on aerospace and electronic systems, vol.(3),  pp.465-472, 1967.
[13]     Chen, Jeng-Heng, Sou-Chen Lee, and Daniel B. DeBra.    "Gyroscope free strapdown inertial measurement unit by six linear accelerometers." Journal of Guidance, Control, and Dynamics 17, no. 2, 1994.
[14]     Hemmati, M. and Ma'somniea, M.A., "Inertial North Finding Algorithm for a moving, 12th Electrical Engineering Conference of Iran, 2004.
[15]     Zha, Feng, Jiang-ning Xu, Bai-qing Hu, and Fang-jun Qin. "Error analysis for SINS with different IMU rotation scheme." In Informatics in Control, Automation andRobotics,(CAR), 2010 2nd International Asia Conference on, vol. 1, pp. 422-425. IEEE, 2010.
[16]     Ogata, Katsuhiko. Discrete-time control systems. Vol. 2. Englewood Cliffs, NJ: PrenticeHall, 1995.
[17]     Alkowatly, Mohamad T., Victor Becerra, and William Holderbaum. "Body-centric modelling, identification, and acceleration tracking control of a quadrotor UAV." International journal of modelling, identification and control, vol. 24, no, 1, pp. 29-41, 2015.