Proyecto de Graduación
Diseño de una placa de Imu múltiples con fusión de sensores para la estimación de orientación
Autor
Juan Elías Kattan Urrutia
Resumen
Una unidad de medida inercial, o IMU, es un dispositivo electrónico, especialmente un dispositivo MEMS, que fusiona las salidas de un giroscopio, magnetómetro y acelerómetro para medir la orientación, el rumbo, la velocidad angular de un cuerpo o cualquier otro valor escalar o vectorial relacionado con lo antes mencionado. Un problema común con la unidad de medición inercial comercializada producida en masa es su falta de estabilidad en su salida, especialmente con los sesgos relacionados con el giroscopio y los problemas de calibración del magnetómetro. La deriva del giroscopio, también conocida como inestabilidad de polarización, es el error acumulado debido a la integración de la velocidad angular de su salida bruta. La salida del magnetómetro también es esencial para las aplicaciones de fusión de sensores. Un magnetómetro ideal mide la fuerza del campo magnético a través de los tres ejes en el espacio euclidiano, trazando una esfera perfecta centrada en el origen. Las fuentes de hierro duro y hierro dulce distorsionan la esfera en un elipsoide desplazado del origen. El alcance de este proyecto final es eliminar o minimizar los efectos del sesgo de deriva del giroscopio del sistema de referencia de actitud y rumbo (AHRS) para tener información en tiempo real más precisa y estable sobre el rumbo y la orientación de la placa electrónica. El algoritmo de Kalman extendido elimina el problema de errores acumulados por deriva en el ángulo de guiñada en las aplicaciones de fusión de sensores. Las mejoras en la estabilidad de la salida en ángulos en función al número de sensores MPU-9250 no son lineales o exponenciales cuando se utilizan cuatro sensores. Sin embargo, hay una mejora en la reducción de ruido. An inertial measurement unit, or IMU, is an electronic device, especially a MEMS device, that fuses the outputs of a gyroscope, magnetometer, and accelerometer to measure the orientation, heading, angular velocity of a body, or any other scalar value or vector related to the aforementioned. A common problem with the mass-produced commercial inertial measurement unit is its lack of stability at its output, especially with gyroscope-related biases and magnetometer calibration issues. Gyroscope drift, also known as polarization instability, is the accumulated error due to the integration of the angular velocity of its gross output. The magnetometer output is also essential for sensor fusion applications. An ideal magnetometer measures the strength of the magnetic field through the three axes in Euclidean space, tracing a perfect sphere centered at the origin. Hard iron and soft iron sources distort the sphere into an ellipsoid offset from the origin. The scope of this final project is to eliminate or minimize the effects of the drift bias of the attitude and heading reference system (AHRS) gyroscope to have more accurate and stable real-time information about the electronic board heading and orientation. The extended Kalman algorithm eliminates the problem of accumulated yaw angle drift errors in sensor fusion applications. Angled output stability improvements based on the number of MPU-9250 sensors are not linear or exponential when using four sensors. However, there is an improvement in noise reduction.