dc.contributor.advisor | Silva, André Luís da | |
dc.creator | Sacco, Renan Rathis | |
dc.date.accessioned | 2021-11-03T15:19:30Z | |
dc.date.available | 2021-11-03T15:19:30Z | |
dc.date.issued | 2019-07-09 | |
dc.date.submitted | 2019 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22681 | |
dc.description | TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Elétrica, RS, 2019. | por |
dc.description.abstract | The present work analyzes algorithms for attitude determination from simulated measu-
res of accelerometer, magnetometer and gyroscope. These sensors were modeled in the
Simulink software, considering white noise and random walk additive noise, and hard-iron
and soft-iron interferences for the magnetometer. Aiming at the future implementation of the
presented algorithms, the sensor models were developed in order to reproduce the beha-
vior of the MPU-9250 Inertial Measurement Unit (IMU). Attitude measurement algorithms
are presented in the context of the Wahba Problem solution, and the covariance analysis of
the estimation error for two measurements using the Quest Measurement Model (QMM) is
detailed. In order to integrate the measurements of all IMU sensors and the development
of a robust algorithm, some attitude estimation methods based on the Extended Kalman
Filter (FEK) are presented. The following topologies are discussed for the FEK measure-
ment equation: non-normalized measure of the attitude sensors; normalized measurement
of attitude sensors using QMM; quaternion preprocessed by some static algorithm. It is
discussed how the normalization of the quaternion takes the covariance matrix to the sin-
gularity, and the FEK with multiplicative error is presented to solve this problem. The results
of this work range from the modeling and calibration of the inertial sensors, to the results
of simulations with the FEK. The IMU MPU-9250 sensor modeling results include the appli-
cation of the Allan Variance method to characterize the additive noises, and practical and
simulated results on the magnetometer calibration and alignment process. Regarding the
estimation algorithms, simulation results are presented evaluating the accuracy of the bias
and attitude quaternion estimation, as well as the attitude convergence during the initializa-
tion step. | eng |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Acesso Aberto | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Navegação inercial | por |
dc.subject | Estimação de atitude | por |
dc.subject | Filtro extendido de kalman | por |
dc.subject | Unidade de medição inercial | por |
dc.subject | Calibração de magnetômetro | por |
dc.title | Simulação e análise de algoritmos para estimação de atitude utilizando sensores de inerciais | por |
dc.type | Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação | por |
dc.degree.local | Santa Maria, RS, Brasil | por |
dc.degree.graduation | Engenharia Elétrica | por |
dc.description.resumo | O presente trabalho analisa algoritmos para determinação de atitude a partir de medidas
simuladas de acelerômetro, magnetômetro e giroscópio. Estes sensores foram modelados
no software Simulink, considerando ruídos aditivos white noise e random walk, e interferên-
cias hard-iron e soft-iron para o magnetômetro. Visando futura implementação dos algorit-
mos apresentados, os modelos dos sensores foram desenvolvidos de modo a reproduzir
o comportamento da Unidade de Medição Inercial (IMU) MPU-9250. São apresentados
algoritmos para determinação de atitude no contexto da solução do Problema de Wahba,
e é detalhada a análise da covariância do erro de estimativa para duas medidas usando o
Quest Measurement Model (QMM). Visando a integração das medidas de todos sensores
da IMU e o desenvolvimento de um algoritmo robusto, são apresentados alguns métodos
de estimação de atitude baseados no Filtro Extendido de Kalman (FEK). São discutidas as
seguintes topologias para a equação de medida do FEK: medida não-normalizada dos sen-
sores de atitude; medida normalizada dos sensores de atitude usando QMM; quaternion
pré-processado por algum algoritmo estático. É discutido como a normalização do quater-
nion leva a matriz de covariância à singularidade, e é apresentado o FEK com erro multi-
plicativo para solucionar este problema. Os resultados deste trabalho abrangem desde a
modelagem e calibração dos sensores inerciais, até resultados de simulações com o FEK.
Os resultados da modelagem dos sensores da IMU MPU-9250 incluem a aplicação do mé-
todo da Variância de Allan para caracterização dos ruídos aditivos, e resultados práticos e
simulados acerca do processo de calibração e alinhamento do magnetômetro. No que diz
respeito aos algoritmos estimadores, são apresentados resultados de simulação avaliando
a precisão da estimação do bias e do quaternion de atitude, bem como a convergência da
atitude durante a etapa de inicialização. | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |