diplomová práce

Modelování inerciálních snímačů

Text práce 4.84 MB

Autor práce: Ing. Jakub Trličík

Ak. rok: 2012/2013

Vedoucí: doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D.

Oponent: Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D.

Abstrakt:

Tato diplomová práce se zabývá měřením a modelováním MEMS inerciálních
snímačů. V této práci jsou uvedeny základní principy inerciálních snímačů spolu s jejich
nejčastěji se vyskytujícími chybami. Dále je proveden průzkum trhu, pomocí kterého
byly vybrány snímače pro měření. Následují dvě kapitoly uvádějící metody testování a
modelování inerciálních snímačů. Nejrozsáhlejší částí práce je prezentace naměřených
výsledků, kdy byly provedeny statické měření Allanovy odchylky, zemské rotace,
teplotní závislosti nuly snímačů a dynamické testy citlivosti gyroskopu v závislosti na
teplotě. V poslední části práce je prezentován návrh chybového modelu snímače pomocí
autokorelačních funkcí a Allanovy odchylky se zhodnocením dosaţených výsledků.

Klíčová slova:

Akcelerometr, gyroskop, INS, MEMS, chyby inerciálních snímačů, Allanova
odchylka, citlivost, nula, angle random walk, bias instability, zemská rotace.

Termín obhajoby

11.06.2013

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaBznamka

Klasifikace

B

Průběh obhajoby

Student obhájil diplomovou práci.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika (EEKR-M)

Studijní obor

Kybernetika, automatizace a měření (M-KAM)

Složení komise

prof. Dr. Ing. Alexandr Štefek, Dr. (předseda)
doc. Ing. Petr Blaha, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Soběslav Valach (člen)
doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D.

Diplomová práce navazovala na předchozí semestrální projekty. Cílem práce bylo vytvořit chybový model akcelerometru a gyroskopu v prostředí Matlab/Simulink. Ke splnění úkolu musel diplomant nastudovat problematiku měření šumových parametrů inerciálních snímačů a tato poměrně časově i experimentálně náročná měření provést. Pracoval iniciativně a samostatně, řešenému problému věnoval čas během celého semestru, i když hlavní objem práce si nechal až na závěr semestru, částečně i z důvodu nedostupnosti vhodného rotačního stolku s klimatickou komorou, kdy původně uvažovaný rotační stolek bohužel z důvodu neodstranitelného rušení signálové trasy neumožnil provést potřebná měření. Konzultace vyžadoval v odpovídajícím rozsahu.
Cíl práce považuji za splněný a jeho práci na projektu hodnotím stupněm B/85b Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 85

Známka navržená vedoucím: B

Cílem diplomové práce bylo vytvořit chybový model akcelerometru a gyroskopu v prostředí Matlab/Simulink na základě studia existujících metod modelování chyb inerciálních senzorů a metod pro hodnocení jejich kvality. Konečným výstupem pak měl být chybový model s nastavitelnými parametry, který by simuloval chování reálných inerciálních senzorů, po předchozím změření a porovnání statických i dynamických parametrů dostupných MEMS senzorů s katalogovými hodnotami.

Předložená diplomová práce se skládá z devíti kapitol - šest kapitol je orientováno spíše teoreticky (50 stran), tři kapitoly jsou praktické a realizační (35 stran včetně závěru). V práci byly shrnuty důležité informace ve všech oblastech potřebných pro vypracování této diplomové práce. V teoretické části, která byla vypracována velmi od základu a široce, je rozebrána problematika inerciálních snímačů a jejich chyb. Nechybí i část věnující se metodám testování, modelování a kalibrace těchto snímačů. A také je uveden dílčí průzkum trhu v této oblasti i s uvedeným porovnáním parametrů vybraných snímačů. V praktické části bylo realizováno řadu měření na třech snímačích (STmicroelectronics iNemo, Murata Scc1300-D02, Invensense MPU 6050). A následně navržen jednoduchý model chybový model snímače.

Po časové stránce se jednalo o poměrně náročné téma, které předpokládalo získání znalostí z oblasti inerciálních snímačů, přípravu experimentu, vlastní měření a zpracování signálů z měření a realizaci simulací v prostředí Matlab/Simulink. Po grafické stránce je práce na velmi dobré úrovni, vyváženost teoretické a praktické stránky je v očekávaném poměru, přestože teoretické části je věnován větší rozsah i důraz. Vytknul bych snad, že ne vždy popisky grafů, os nebo závislostí jsou česky, když je práce psána v českém jazyce (např. téměř všechny obrázky v kapitolách 7 a 8).

Diplomantovi se podařilo naplnit - realizoval požadované zadání včetně dílčích úkolů a to vše prezentovat v odevzdané práci vhodnou formou. Práce je sestavena přehledně, v poměrně logickém sledu a se všemi náležitostmi, jen zřídka lze narazit na překlepy. Rozsah kapitol v zásadě odpovídá jejich důležitosti a použité obrázky, grafy, schémata a ilustrace umožňují představu o dané problematice. Teoretický rozbor je založen na informacích z odborných publikací, které jsou patřičně citovány, ale vlastní citace ne vždy odpovídají citační normě.

Připomínky k vlastní práci:

Teoretická část:
- kapitola 4.1: Výrobci inerciálních snímačů. Výčet není zcela úplný, chybí například firma Honeywell.
- kapitola 4.3: Srovnávací tabulky vybraných snímačů. Cena - průměrná orientační cena za kus, ale při jakém množství? Cena se jistě bude lišit v závislosti na množstevním odběru.

Praktická část:
- kapitola 5 a kapitola 6: Metody testování/kalibrace inerciálních snímačů. Není zmíněno, zda uvedené testy vycházejí z nějaké normativy (IEC, IEEE)?!
- kapitola 7: Metody testování inerciálních snímačů. Není nijak diskutována přesnost realizovaných měření, případně nejistoty měření.
- kapitola 8: Návrh modelu. Chybí vlastní shrnutí porovnávaných modelů, např. jaký je přínos modelů mezi Gauss-Markovým procesem prvního a druhého řádu, kdy je jaký výhodný a proč?

Diplomant prokázal velmi dobrou orientaci v dané problematice a odevzdaná práce svědčí o jeho inženýrských schopnostech. Tuto práci doporučuji k obhajobě. Otázky k obhajobě:
  1. Jaké jsou principy vzniku šumu v MEMS inerciálních snímačích, tedy jaké jsou a kde se tvoří jednotlivé složky (příspěvky) šumu?
  2. Je možné identifikovat jednotlivé složky (příspěvky) šumu - existují na to nějaké metody?
  3. Co byste modeloval jinak na přesnějších typech senzorů FOG nebo RLG?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 82
Zobrazit více

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová