Điều gì ảnh hưởng đến độ chính xác của IMU (Đơn vị đo lường quán tính)?

Bối cảnh

Tôi cần phân tích hiệu suất của một hệ thống sử dụng các số đọc cảm biến quán tính làm đầu vào. Kiến thức về IMU của tôi rất cơ bản, chỉ đọc một vài văn bản giới thiệu.

Hiểu biết của tôi là độ chính xác của IMU suy giảm khi sử dụng liên tục do trôi dạt, dẫn đến lỗi tích lũy.

Câu hỏi

Những yếu tố hoạt động nào khác (tức là không phải thiết bị / thành phần cụ thể, nhưng nói chung IMU) ảnh hưởng đến độ chính xác của IMU?

Tôi đã nhận thấy trong ứng dụng của mình rằng hiệu năng hệ thống suy giảm khi đối tượng di chuyển, đặc biệt là khi chuyển động nhanh, và sau đó cải thiện một khi chuyển động chậm lại và dừng lại. Những khía cạnh nào của IMU gây ra điều này?

BIÊN TẬP

Cụ thể hơn, các cảm biến đưa ra định hướng dưới dạng bậc bốn (bù xoay từ hệ tọa độ cảm biến sang hệ tọa độ toàn cầu). Lỗi dao động theo thời gian (thời lượng khoảng 15 giây), tuy nhiên không có lỗi nghiêng theo thời gian. Dựa trên điều này, tôi tin rằng IMU trôi không phải là một vấn đề ở đây.

Điều tôi quan tâm là hiểu tại sao lỗi ước tính của hướng của đối tượng dao động dựa trên số lượng và tốc độ chuyển động của đối tượng.

Nếu nó giúp, tôi đang sử dụng IMU Xsen MTx.

Tôi đã nhận thấy một số accellerometer và con quay hồi chuyển có một chút hiệu ứng bộ nhớ.

Ví dụ, bạn có thể đặt một máy đo tốc độ ngang và không đọc được. Tôi sẽ ở gần số 0 nhưng tất nhiên vẫn trôi một chút. Bây giờ di chuyển nó sang một bên và trở lại vị trí ban đầu và việc đọc sẽ không còn nữa. Chuyển động càng mạnh và đột ngột, dường như càng thay đổi độ lệch bằng không.

Chính sự trôi dạt không thể đoán trước này trong giá trị 0 đã làm rối loạn sự điều hướng quán tính trong một thời gian dài hơn. Đôi khi dài chỉ là một vài giây với con quay MEMs và accellerometer.

Tôi đã làm một thiết bị theo dõi đầu thể thao một lần và ngay cả khi bạn giữ người đứng yên trước khi bắt đầu chuyển động, vị trí đó sẽ không thể sử dụng được sau vài giây. May mắn thay, điều đó đã đủ dài và chúng tôi đã thiết kế thuật toán để sử dụng những thứ như tích lũy và tốc độ góc thay vì phụ thuộc nhiều vào tích phân của chúng. Điều này là với các đơn vị MEMs khá rẻ.

Căn chỉnh trục chính xác là một: cảm biến tuyến tính có chức năng truyền tuyến tính giữa trục tăng tốc thực tế / yaw / roll / 3-D và đầu ra của mỗi cảm biến tương ứng (hoặc tập hợp con của chúng, nếu bạn không sử dụng IMU 6 trục đầy đủ ).

Lý tưởng nhất là hàm truyền là ma trận danh tính: chuyển động trong mỗi trục dự định chỉ ảnh hưởng đến trục tương ứng. Trong các hệ thống thực, có khớp nối chéo phụ thuộc vào sự liên kết cảm biến. Ví dụ: nếu bạn giảm 1 độ, bạn sẽ nhận được tín hiệu đầu ra nhỏ trên một trục để chuyển động ở trục khác.

Một yếu tố khác có liên quan đến tính phi tuyến, phụ thuộc rất nhiều vào cơ chế đặc biệt được sử dụng cho cảm biến. Con lắc hoặc cảm biến độ nghiêng chất lỏng tại các chuyển vị góc lớn có vấn đề tuyến tính.

Ngay cả IMU tốt nhất cũng sẽ có một số lỗi. Thông thường những lỗi đó cộng lại theo thời gian đến mức đầu ra của chúng trở nên vô dụng. Tất nhiên, các đơn vị tốt hơn sẽ có ít lỗi hơn, do đó, sẽ mất nhiều thời gian hơn để xây dựng các lỗi - nhưng chúng vẫn sẽ xây dựng.

Thông thường, IMU sẽ có một số phương pháp để loại bỏ các lỗi này. Họ làm điều này bằng cách sử dụng nhiều cảm biến bổ sung cho nhau. Ví dụ, GPS có độ chính xác dài hạn (khoảng cách dài hoặc thời gian dài) nhưng độ chính xác ngắn hạn khủng khiếp. Một gia tốc kế thì ngược lại và có độ chính xác dài hạn khủng khiếp nhưng độ chính xác ngắn hạn khá tốt. Bằng cách sử dụng cả hai loại cảm biến, bạn có thể có được cả hai thế giới tốt nhất.

Tất nhiên, GPS phần nào vi phạm phần "Nội bộ" của IMU, nhưng bạn hiểu ý. Không thể có được IMU sẽ hoạt động mãi mãi nếu không có đầu vào bên ngoài (GPS, bộ theo dõi sao, v.v.) vì ngay cả với hệ thống tốt nhất luôn có một nguồn lỗi tích lũy theo thời gian.

Nhưng không thể thực sự cung cấp cho bạn câu trả lời chi tiết hơn "lỗi tích tụ theo thời gian" mà không nhìn vào bộ cảm biến chính xác đang được sử dụng - và cách dữ liệu cảm biến đó được tích hợp vào đầu ra cuối cùng.

Trên máy móc nông nghiệp chính xác nông nghiệp (máy kéo có hướng dẫn GPS), IMU thường được sử dụng để điều chỉnh độ lệch anten của máy kéo. Khi máy kéo nghiêng, ăng-ten di chuyển ra ngoài đường lái xe được xác định trước của bạn. Các thiết bị RTK-DGPS có thể đo chính xác tới khoảng 1cm XY (2cm Z), do đó bạn sẽ cần phải sửa cho nó. May mắn thay, có thể có các hệ thống dự phòng: cuộn / cao độ có thể được thực hiện với incino và con quay hồi chuyển, trong đó một cái ngáp có thể được thực hiện với con quay hồi chuyển và tuyến đường được điều khiển. Để có được tốc độ dữ liệu cao của các góc chính xác, bạn sẽ cần kết hợp các thiết bị khác nhau.

Mỗi cảm biến có băng thông hạn chế. Một incino là một thiết bị đo tuyệt đối với băng thông thấp. Có thể mất vài giây để tín hiệu ổn định, sau đó một lần nữa: nó là tuyệt đối.

Một con quay hồi chuyển có thể đo tốc độ góc và có thể được tích hợp để có được độ lệch, do đó bạn có được một góc khác. Lọc nó với giá trị incino, bạn có thể có được một góc sống. Tuy nhiên, con quay hồi chuyển có giới hạn về mức độ / giây mà chúng có thể đo chính xác. Nếu nó đi sai, nó không nên trôi đi vì nó được sửa với một incino.