Xây dựng thuật toán xác định tốc độ góc cho vật thể chuyển động bằng hệ đa gia tốc kế

Bài viết trình bày cơ sở toán học cho việc sử dụng thông tin đo được từ hệ các gia tốc kế để xác định tốc độ quay của vật thể chuyển động. Từ tốc độ quay có thể xác định được các góc tư thế của vật thể.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng thuật toán xác định tốc độ góc cho vật thể chuyển động bằng hệ đa gia tốc kếTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC(ISSN: 1859 - 4557) XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ GÓC CHO VẬT THỂ CHUYỂN ĐỘNG BẰNG HỆ ĐA GIA TỐC KẾ PROPOSING AN ALGORITHM FOR DETERMINING THE ANGLE VELOCITY OF MOVING OBJECTS WITH MULTIPLE ACCELEROMETER SYSTEM Nguyễn Văn Diên1, Đặng Tiến Trung2 Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên1, Trường Đại học Điện lực2Ngày nhận bài: 23/11/2019, Ngày chấp nhận đăng: 24/04/2020, Phản biện: PGS.TS. Nguyễn Quang HùngTóm tắt:Bài báo trình bày cơ sở toán học cho việc sử dụng thông tin đo được từ hệ các gia tốc kế để xácđịnh tốc độ quay của vật thể chuyển động. Từ tốc độ quay có thể xác định được các góc tư thế củavật thể. Giải pháp của bài toán là xây dựng các phương trình mô tả quan hệ giữa tốc độ quay vớicác gia tốc ở các điểm khác nhau trên vật, sau đó sử dụng giải thuật lọc Kalman để xây dựng thuậttoán xác định tốc độ quay của vật. Kết quả là xác định được tư thế và vị trí của vật thể trong khônggian (giải quyết bài toán dẫn đường cho vật thể chuyển động).Từ khóa:Gia tốc kế, đối tượng dịch chuyển, thuật toán lọc Kalman.Abstract:Paper presents the mathematical basis of using information that is measured from the accelerometersystem to determine the rotation speed of a moving object. From the rotational speed, it is possibleto determine the position angles of the object. The solution of the problem is to build equationsdescribing the relationship between the rotation speed and the acceleration at different points on theobject. Then the Kalman filtering algorithm is used to build an algorithm to determine the rotationspeed of the object. The posture and position of objects in space are identified.Keywords:Accelerometer, moving object, kalman filtering algorithm.1. MỞ ĐẦU công trình đề cập và đã có nhiều ứngVấn đề dẫn đường cho vật thể chuyển dụng được hiện thực hóa. Do các conđộng bản chất là xác định vị trí, vận tốc quay đo tốc độ góc luôn có độ trôi khôngcủa tâm khối và tư thế của nó so với hệ (có giá trị phát ra cho dù vật thể khôngtọa độ được chọn làm hệ tọa độ dẫn quay) và độ trôi này biến đổi trong quáđường. Việc sử dụng các phương tiện đo trình hoạt động, vì vậy trong thực tế phảinhư con quay đo tốc độ góc, gia tốc kế và có các hệ đo khác để khắc phục hiệu ứngthông tin định vị vệ tinh đã được nhiều sai số do tính trôi không của các con20 Số 22 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)quay. Trong [1] đã xây dựng thuật toán các tốc độ quay đó như sau:kết hợp con quay đo tốc độ góc với hệ đa c11  c12 z  c13 y , c12  c13 x  c11 z ,gia tốc kế để khắc phục hiện tượng trôikhông. Trong bài báo này, nhóm tác giả c13  c11 y  c12 x , c21  c22 z  c23 y ,đề xuất giải pháp chỉ sử dụng hệ đa gia c22  c23 x  c21 z , c23  c21 y  c22 x (2)tốc kế (không sử dụng con quay và thông c31  c32 z  c33 y , c32  c33 x  c31 z ,tin định vị vệ tinh) để giải quyết vấn đề c33  c31 y  c32 xdẫn đường. Vấn đề này thực sự có ý nghĩathực tiễn khi xây dựng thiết bị dẫn đường Trong (2), cij là các phần tử của ma trận A.cho các phương tiện ngầm, phương tiện Như vậy để xác định tư thế của vật trongchuyển động nhanh mà ở đó không thể có quá trình động phải có thông tin về cácthông tin từ các hệ định vị vệ tinh. tốc độ quay x ,  y , z . Sau đây sẽ trình2. THIẾT KẾ THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH bày việc xác định x ,  y , z nhờ hệ đa giaTHÔNG TIN VỀ TỐC ĐỘ QUAY GÓC tốc kế gắn trên vật thể chuyển động.TỪ THÔNG TIN HỆ ĐA GIA TỐC KẾVì các gia tốc kế gắn trực tiếp ở vật thểchuyển động, nên các chỉ số do các giatốc kế đưa ra là các thành phần của gia tốcở các điểm gắn gia tốc kế đo trong hệ tọađộ gắn liền với vật thể (hệ tọa độ liên kết).Để xác định được tham số chuyển độngcủa tâm khối vật thể so với hệ tọa độ dẫn Hình 1. Chuyển động phức hợp của vật rắn lý tưởngđường cần phải có thông tin gia tốc tâmkhối so với hệ tọa độ dẫn đường. Để hiểu rõ bản chất việc xác định tốc độ góc trên cơ sở hệ đa gia tốc kế, ta xem xét x0  ...