Ve zjednodušené verzi se používají k určování orientace 3 senzory a to elektronický gyroskop, akcelerometr a magnetometr. Proč nestačí pouze elektronický gyroskop, který měří úhlovou rychlost, jejíž integrací přeci získáme kýžené úhly?
Problém je v tom, že mikromechanický (MEMS) elektronický gyroskop, který se za tímto účelem kvůli své dostupnosti využívá, trpí velkým offsetem. To by nemusel být zásadní problém, pokud by však byl tento offset neměnný, ale on je často závislý na teplotě či dokonce na orientaci samotného senzoru vůči Zemi a tedy na tíhové síle. Při integraci samozřejmě nadělá takový offset velkou paseku, protože senzor udává nenulovou úhlovou rychlost i pro neotáčející se objekt. Velkou výhodou těchto senzorů je však rychlost. Moderní elektronické gyroskopy jsou schopné snímat úhlovou rychlost až do ±2000 °/s.
Za účelem eliminace offsetu elektronického gyroskopu se používají ještě další dva senzory (akcelerometr a magnetometr). Uvažujeme-li těleso pohybující se bez zrychlení, akcelerometr měří pouze tíhové zrychlení g. Jelikož vektor tíhového zrychlení míří do středu Země, snadno určíme orientaci senzoru z naměřeného vektoru zrychlení (vyjma natočení okolo naměřeného vektoru tíhového zrychlení - azimutálního úhlu). Pomocí magnetometru se měří magnetické pole země a z toho lze určit azimutální úhel (velmi podobně jako u kompasu) [1]. Nevýhoda magnetometru je v porovnání s elektronickým gyroskopem jeho malá vzorkovací frekvence a tedy i šířka pásma.
Orientaci inerciální jednotky určíme prvotně integrací úhlových rychlostí elektronického gyroskopu. "Ujíždění" úhlů způsobené integrací offsetu kompenzujeme úhly vypočtenými z naměřených hodnot akcelerometrem a magnetometrem. To však nelze vždy, neboť u akcelerometru jsme v předchozím odstavci zavedli nepříjemnou podmínku a to ohledně pohybu tělesa se zrychlením. Tělesa se běžně pohybují se zrychlením a to například i když jen zatáčejí, protože pak na ně působí dostředivé zrychlení. V takovém případě je nutné kompenzaci vypnout. Detekce těchto případů se provádí kontrolou velikosti naměřeného vektoru zrychlení. Pokud se významně liší od velikosti tíhového zrychlení, kompenzaci vypneme.
Zdroje
[1] Jan Kříž. Inerciální měřicí jednotka v počítačovém modulu Gumstix Overo. Diplomová práce, ČVUT v Praze, 2011.
 |
| Orientace jednotlivých úhlů |
Za účelem eliminace offsetu elektronického gyroskopu se používají ještě další dva senzory (akcelerometr a magnetometr). Uvažujeme-li těleso pohybující se bez zrychlení, akcelerometr měří pouze tíhové zrychlení g. Jelikož vektor tíhového zrychlení míří do středu Země, snadno určíme orientaci senzoru z naměřeného vektoru zrychlení (vyjma natočení okolo naměřeného vektoru tíhového zrychlení - azimutálního úhlu). Pomocí magnetometru se měří magnetické pole země a z toho lze určit azimutální úhel (velmi podobně jako u kompasu) [1]. Nevýhoda magnetometru je v porovnání s elektronickým gyroskopem jeho malá vzorkovací frekvence a tedy i šířka pásma.
Orientaci inerciální jednotky určíme prvotně integrací úhlových rychlostí elektronického gyroskopu. "Ujíždění" úhlů způsobené integrací offsetu kompenzujeme úhly vypočtenými z naměřených hodnot akcelerometrem a magnetometrem. To však nelze vždy, neboť u akcelerometru jsme v předchozím odstavci zavedli nepříjemnou podmínku a to ohledně pohybu tělesa se zrychlením. Tělesa se běžně pohybují se zrychlením a to například i když jen zatáčejí, protože pak na ně působí dostředivé zrychlení. V takovém případě je nutné kompenzaci vypnout. Detekce těchto případů se provádí kontrolou velikosti naměřeného vektoru zrychlení. Pokud se významně liší od velikosti tíhového zrychlení, kompenzaci vypneme.
Zdroje
[1] Jan Kříž. Inerciální měřicí jednotka v počítačovém modulu Gumstix Overo. Diplomová práce, ČVUT v Praze, 2011.
Žádné komentáře:
Okomentovat