Оценка линейного перемещения с помощью акселерометра, интегрирование данных акселерометра во время разгона Опции

[serjj]

Всем доброго.
Есть идея определять вектор перемещения твердого тела, имеющего 6 степеней свободы с помощью акселеромета. Если точнее, то определять проекцию вектора на плоскость OXY (в инерциальной Земной системе координат) в период разгона объекта. Т.е. есть следующие условия: линейное ускорение порядка g, объект может поворачиваться или вращаться вокруг своих осей, время измерения - секунды (пока идёт разгон).

Моя идея была следующая. С помощью fusion фильтра получаю набор Эйлеровых параметров Q = [q0 q1 q2 q3], т.е. кватернион, который задаёт мгновенное радиальное положение объекта. Далее усреднённый вектор данных акселерометра, асс, измеренного в связанной системе координат, преобразую в вектор acci относительно Земной системы координат:
acci = (Q * [0 acc]) *conj(Q), выкидываю acci(0) (переход от кватерниона к вектору) и acci(3) (z составляющая), а далее численное интегрирование два раза, чтобы получить искомое перемещение. Чтобы понять разгоняемся мы или нет, при интегрировании к модулю вектора ускорения применяется некоторый порог.

С получением acci особых проблем не возникло, но вот дальше пока не очень понятно. Проверял идею пока только "на столе", т.е. с STMовской отладкой, он что-то мереет, но это точно не то, что я ожидаю. При интегрировании за dt взял период сэмплирования акселерометра, ~10 мс (это же период обновления fusion фильтра). Скорость уверено уходит за 10 м/с. Есть предположение, что подход должен таки работать при длительном (относительно перида сэмплирования, т.е секунды) и резком разгоне (т.е. линейное ускорение порядка g). При первом рассмотрении гугл говорит, что таки да для малых движений (например смартфон в руках человека) алгоритм врёт и очень сильно. Плюс даже если он не врёт сначала, то обязательно начнёт врать потом (т.к. скорость уйдёт). Но вот как будет для обозначенных мною условий? Есть ли у кого какие прогнозы и может быть кто нибудь поделится опытом по оценке векторов линейных движений (с угловыми вроде бы разобрался)? Или может быть это все от лукавого и магнетометр + априорная скорость наше всё?

Зы: поставить дополнительно измеритель скорости не предлагать) для решения задачи есть два датчика от ST - гироскоп и акселерометр+магнетометр.

Зыы: еще заметил такую интересность, алгоритм как-то реагирует на разгон, но совершенно не хочет на торможение, т.е. не сбрасывает скорость после остановки.

[bbb]

Всем доброго.
Есть идея определять вектор перемещения твердого тела, имеющего 6 степеней свободы с помощью акселеромета. Если точнее, то определять проекцию вектора на плоскость OXY (в инерциальной Земной системе координат) в период разгона объекта. Т.е. есть следующие условия: линейное ускорение порядка g, объект может поворачиваться или вращаться вокруг своих осей, время измерения - секунды (пока идёт разгон).

Моя идея была следующая. С помощью fusion фильтра получаю набор Эйлеровых параметров Q = [q0 q1 q2 q3], т.е. кватернион, который задаёт мгновенное радиальное положение объекта. Далее усреднённый вектор данных акселерометра, асс, измеренного в связанной системе координат, преобразую в вектор acci относительно Земной системы координат:
acci = (Q * [0 acc]) *conj(Q), выкидываю acci(0) (переход от кватерниона к вектору) и acci(3) (z составляющая), а далее численное интегрирование два раза, чтобы получить искомое перемещение. Чтобы понять разгоняемся мы или нет, при интегрировании к модулю вектора ускорения применяется некоторый порог.

С получением acci особых проблем не возникло, но вот дальше пока не очень понятно. Проверял идею пока только "на столе", т.е. с STMовской отладкой, он что-то мереет, но это точно не то, что я ожидаю. При интегрировании за dt взял период сэмплирования акселерометра, ~10 мс (это же период обновления fusion фильтра). Скорость уверено уходит за 10 м/с. Есть предположение, что подход должен таки работать при длительном (относительно перида сэмплирования, т.е секунды) и резком разгоне (т.е. линейное ускорение порядка g). При первом рассмотрении гугл говорит, что таки да для малых движений (например смартфон в руках человека) алгоритм врёт и очень сильно. Плюс даже если он не врёт сначала, то обязательно начнёт врать потом (т.к. скорость уйдёт). Но вот как будет для обозначенных мною условий? Есть ли у кого какие прогнозы и может быть кто нибудь поделится опытом по оценке векторов линейных движений (с угловыми вроде бы разобрался)? Или может быть это все от лукавого и магнетометр + априорная скорость наше всё?

Зы: поставить дополнительно измеритель скорости не предлагать) для решения задачи есть два датчика от ST - гироскоп и акселерометр+магнетометр.

Зыы: еще заметил такую интересность, алгоритм как-то реагирует на разгон, но совершенно не хочет на торможение, т.е. не сбрасывает скорость после остановки.

Из-за дискретности процесса измерения ускорения и погрешности акселлерометра даже за короткое время может накопится большая погрешность.
Это и без симуляторов/эмуляторов очевидно.
Ничего у Вас не получится.

[Aner]

Из-за дискретности процесса измерения ускорения и погрешности акселлерометра даже за короткое время может накопится большая погрешность.
Это и без симуляторов/эмуляторов очевидно.
Ничего у Вас не получится.

Это не верно в корне. Поскольку вы не оперируете величинами, процентными соотношениями а только эмоциями ... короткое время, большая погрешность.
Дискретность процесса определяет приемлемые границы величин, выдаваемые мемсами.

Короме того на точность, погрешность влияют и многие другие факторы. Все они описаны и даны методы борьбы. Например если у вас питание 3.3V, а гир L3G4200D, имеет нулевой баланс, по всем осям, всех 3 усилителей только при 3.0V а, а при 3.3V приходится вводить коррекцию, причем плохо то, что она разная для каждого чипа. Но введя ее вы получите точный результат, не используя внешнего стабилизатора 3.0V.

Поскольку у процев тех же STM32F4..F7 достаточная считалка, то большая погрешность не накапливается. За исключением каких то крайних случаев, типа резких толчков, нескольких скачков, ...которые тоже определяются. Но это как правило за пределами эксплуатации. Мне удалось получить неплохие результаты, и устройство в серии. Все получается и не только у меня одного. Можно конечно все совершенствовать до бесконечности, но при разработке также важен процесс и ее окончания.

[bbb]

Это не верно в корне. Поскольку вы не оперируете величинами, процентными соотношениями а только эмоциями ... короткое время, большая погрешность.

Какими эмоциями.
Хотите чтобы я доказывал, что 2 х 2 = 4?
Нет. Спасибо. Я пас. Мне и без симулятора ясно, что 2х2=4.

Мне удалось получить неплохие результаты, и устройство в серии. Все получается

Ну и? Огласите результаты.
Проверить качество Вашего решения очень просто.
Просто поставьте Ваш определитель перемещения путем двойного интегрирования ускорения на стол. И скажите мне: за какое время он показывает перемещение 1 метр при этом оставаясь стоять на столе на том же самом месте?

Сообщение отредактировал bbb - Mar 19 2016, 13:00