Здравствуйте. Очень нужна помощь. Передо мной стоит следующая задача.... У меня есть видео камера, подвешенная в воздухе на некоторой высоте, прикреплённая, например, к аэростату... аэростат закреплён на земле. Т е больших перемещений он осуществлять не будет. Нужно разработать подвес для стабилизации камеры, при возмущениях с внешней среды, т е колебание от ветра и тд, а так же систему управления с земли. Конструкцию я представил в виде внутреннего карданового подвеса, на котором установлено 3 сервопривода, управляющие звеньями рамы по трём осям. на саму камеру собираюсь ставить трёх-координатный датчик движения http://www.eltech.spb.ru/news.html?nid=472, который соответственно состоит из 3-х осевого акселерометра и 3-х осевого гироскопа. А так же магнитометр, но он задействован в системе стабилизации не будет, он ставится только для того, чтобы упростить получение данных о направлении камеры по азимуту для оператора. Получается двухконтурная система управления, во внешнем контуре оператор задаёт велечины для отработки сервоприводами, сигнал поступает на МК, формируется ШИМ, происходит отработка задачи серво, при отклонении поступает сигнал с датчика инерции, т е шесть велечин, а так же мы можем получить по обратной связи значения отклонений качалок рулевых машинок. Далее стоит вопрос об обработке данных и соответсвенно если происходит отклонение от внешних воздействий, то система должна стабилизироваться к положению заданному оператором. Во время стабилизации мы отправляем данные на землю, и оператор получает картинку в реальном времени о положении камеры. Вопрос у меня появился относительно тех самых шести значений, т е мы получаем угловые скорости и линейные ускорения, но просто проинтегрировать мы их не можем, из-за постоянно растущей ошибки. Что можно применить в этом случае? Я начал ознакамливаться с фильтром Калмана, но если честно пока эта тема мне малопонятна) есть ли какие-нибудь ещё способы избавиться от ошибки? если можно, подскажите пожалуйста лит-ру по данному вопросу.

Способ ухода от ошибок интегрирования один - использовать датчик, который будет показывать не угловые скорости, а угловое положение в пространстве. В Вашем случае, для этого удобно использовать датчик магнитного поля (компас), только нужно ввести ещё одну (третью) ось. Вполне возможно, что при таком подходе инерциальная система не понадобится вовсе.
Если использование ИНС по каким-то причинам всё-таки необходимо, для коррекции её уходов с помощью компаса можно использовать пресловутый фильтр Калмана. А сам по себе, в приложении только к подобной ИНС, он особого смысла не имеет.

Если с точки подвеса камеры виден горизонт, в вашем случае для удержания горизонта удобно использовать инфракрасную вертикаль. ( четыре ик датчика - два моста. - крен и таггаж)

Для дневного времени можно обойтись и обычными фотодиодами видимого или ИК спектра.
однако будет неустойчиво работать рядом с водой и на снегу

Для стабилизации должно хватить гироскопов, зачем акселерометры?

ну на сколько я понимаю совместное использование гироскопов и акселерометров помогает в переходе от абсолютных значений к инерциальным..... тут у меня тоже вопрос.... сколько я не искал, так и не смог найти как осуществлять это переход, основываясь на этих датчиках.... всколзь местами что-то пишут, но нормальных объяснений нет.... если кто-то может помочь материалами, буду очень благодарен)

Сообщение отредактировал StarDust - Jan 15 2008, 19:35

Не хватит.
Как совершенно правильно отметил автор темы, при интегрировании их показаний ошибка угла будет возрастать неограниченно.
С помощью акселерометров же можно, по крайней мере, получить угол с вертикалью (направлением силы тяжести). Если есть ограничения на движение, то в ряде случаев можно обойтись и одномоментными измерениями их показаний; в противном случае - усреднением.
Для получения азимутальной ориентации платформы в данном случае обязательно нужны данные компаса.

Материалы какие-то есть; если нужно - вышлю.
Только попробуйте сначала разобраться самостоятельно: выпишите, как будут меняться показания датчиков в зависимости от угловых положений и скоростей вращения. Далее, учтите факт, что акселерометры дают точную вертикаль при больших периодах усреднения их показаний, а гироскопы хорошо "отрабатывают динамику", но не дают точных углов при длительном интегрировании.
Потом подумайте, как, пользуясь ограничениями на движение объекта, можно вычислить углы наклона платформы к вертикали в динамике, только по данным акселерометров. Мне кажется, в Вашем случае это возможно.
Ну, и в конце нужно построить систему, в которой недостатки одних датчиков компенсировались бы преимуществами других. Универсальных рецептов здесь нет, всё от конкретных условий зависит.
По поводу фильтра Калмана - на форуме довольно писали об этом, пользуйтесь поиском. Погуглить тоже полезно.

Погуглите по названию "Russian Arm". Это один из способов крепления кинокамеры к движущемуся объекту с которого ведется съемка. В Штатах так называют разработку российского инженера Льва Евстратова. Эксплуатируется это устройство на автомобилях, вертолетах, катерах и т.п. Мы для этой Russian Arm поставляли гировертикаль.
Вот статейка двухлетней давности про него Русская рука в Голливуде.
А вот сайт фирмы Filmotechnic на котором упоминается эта продукция, можно краткую спецификацию глянуть и там много фото- и видеоматериалов. Предупреждение - там флешовый сайт и он жрет немало траффика!
Это не реклама! Просто даю наводку для того, чтобы ознакомиться как это УЖЕ делают.
P.S. если интересует покупка готовой гировертикали, то пишите в личку.

Интересные картинки.

Хе-хе...
Реклама - двигатель торговли, как известно.
Тем не менее, фотокамеры с микромеханической стабилизацией изображения существуют. Но это, имхо, не в цвет данной задачи.
Механические гироскопы - тоже, по-видимому. Тяжело, дорого, жруче...

Ваша зада это ИНС, а просто построение двухосного гиростабилизатора. Как уже говорили акслерометры будут излишне, хотя если вы будете жестко привязываться к горизонту то они помогут избавится от уходов. По поводу внутреннего карданова подвеса, не уверен что он будет оптимален (схемы которые я видел для головок самонаведения имели наружный каранов подвес). Теория таких систем была хороша у Д.С. Пельпора (в его трехтомнике и по моему в первом томе). Если есть интерес могу выслать методичку моей кафедры по двухосникам(правда там силовые стабилизаторы).

Указанные Вами датчики измеряют линейные ускорения и угловые скорости. При интегрировании первых получаете линейные перемещения, а вторых угловые. Но Вам, как я понял, не требуется получение декартовых координат, а только угловой ориентации.
Поэтому канал линейных ускорений не нужен и ИНС не нужна.
Для устранения уходов по азимуту, как уже отмечалось, достаточно магнитного датчика курса( магн.компас или магнитометр - не суть).
Для простого решения достаточно даже фильтра фон Брауна, а не то что фильтра Калмана
Но остается вертикаль - можно применить простейший маятник и тоже комплексировать с вертикальным каналом.
Разумеется, должны быть правильно учтены спектры помех и полезных сигналов.

Спасибо огромное за советы, сейчас просто пишу диплом на эту тему, конструкция уже готова, вот мучаюсь с управлением и стабилизацией) А времени всё меньше и меньше)))) буду рад любым материалам на makslight@mail.ru

Сообщение отредактировал StarDust - Jan 16 2008, 14:03

Простите, а каким образом Вы предлагаете привязываться к горизонту?

А также силу тяжести.
Маятник, по ряду причин, гораздо хуже интегрального акселерометра для решения данной задачи.
Кроме того, не совсем понятно, как Вы собираетесь снимать с него данные об углах наклона?

Дополнительно, используя канал линейных акселерометров, в принципе, возможно построение аналитической вертикали. Но при тех параметрах датчиков и скоростях флюктуаций аэростата ее будет сносить безбожно, если только не вводить какой-либо внешний канал коррекции по координатам - GPS или еще чего-нибудь.


>Маятник, по ряду причин, гораздо хуже интегрального акселерометра >для решения данной задачи.
>Кроме того, не совсем понятно, как Вы собираетесь снимать с него >данные об углах наклона?

Это все относительно. Мне приходилось применять такую схему для подводных аппаратов. "Стоящий" дирижабль не думаю, что будет сильно отличаться по динамике от ПА по вертикальному каналу.

Карданов подвес с датчиками угла решает эту проблему.

Для автора вопроса см. линк
http://orel.rsl.ru/dissert/silkin_a_a/ar.pdf

Вроде как достаточно трехосного магнитометра и одного ДУС

система уравнений для для неподвижного положения:
Ux = kxGvNxv Ux= kx gx
Uy = kyGvNyv Uy= ky gy
Uz = kzGvNzv Uz=kz gz
Ux,Uy,Uz - сигналы с каналов акселерометра, kx,ky,kz - коэффициент преобразования(скаляры), Gv[gx,gy,gz] - вектор гравитации, Nxv,Nyv,Nzv - вектора базиса всязанного с осями чувствительности акселерометра.
три неизвестных и три уравнения - решаем находим Gv[gx,gy,gz] - тоесть вектор нормалный к горизонту. Из уравнения Gv X = 0 находим выражение для плоскости горизонта - задача решена.

В движении:
Векторной форма в скалярной форме
Ux = kx(Gv+A)Nxv Ux = kx ( gx + ax)
Uy = ky(Gv+A)Nyv Uy = ky ( gy + ay)
Uz = kz(Gv+A)Nzv Uz = kz ( gz + az )
где A[ax,ay,az] - ветор полного ускорения. Появляются 6 неизвестных, а измеряется только 3 величины.

Вся проблема в том что акселерометры измеряют - ускорение СУММУ свободного ускорения и ускорения движения.
Как с этим борются.
А борются имено тем кто и должен мерить горизонт - гироскопы. Теперь гироскоп сам знает положение системы в пространстве:
Ux = kx ( |Gv|cos(alpha)cos(betta) + ax)
Uy = ky ( |Gv|sin(alpha)cos(betta) + ay)
Uz = kz ( |Gv|sin(alpha)cos(gamma) + az )

Вот теперь уже чуток лучше - |Gv| = 9.8 alpha = alpha_0 + I(wi , dt) , betta = betta_0 + I(wj , dt) , gamma = gamma_0 + I(wk , dt) , где wi,wj,wk - сигналы гироскопов, суть угловые скорости. I(.. , dt) интеграл по времени. Таким образом гироскопы позволяют отделить вектор G и измерить собственно перегрузки которые испытывает система!

Но!!! wi = wii + ei, где wii - истинная угловая скорость вокруг оси i гироскопа, ei - шум измерения.
I(wi , dt) = I(wiш , dt) + I(ei , dt)
Второй член растет во времени - суть есть уход горизонта!!

всё ли написанное тут верно?

Сообщение отредактировал StarDust - Jan 16 2008, 15:42