15256

15256

تحليل و شبيه¬سازي سامانه شمال¬ياب در حين حركت با استفاده از فيلتر كالمن

كارشناسي ارشد

برق - كنترل

خرداد1394

خرداد1394

دكتر سيد كمال¬الدين موسوي مشهدي

دكتر سعيد عبادالهي

چكيده شمال¬يابي يا جهت¬يابي براي تعيين وضعيت اوليه در هدف¬گيري، نقطه¬گذاري و سيستم¬هاي ناوبري اينرسي نياز مي¬باشد. تشخيص شمال با روش¬هاي قديمي از طريق ميدان مغناطيسي زمين انجام مي¬شود و به دليل اغتشاشات در ميدان مغناطيسي، دقت قطب¬نماي مغناطيسي محدود است. بنابراين با وجود محدوديت¬هاي عملي و جغرافيايي در روش¬هاي مبتني بر سيستم موقعيت‌ياب جهاني، عملكرد بالاي ژيروسكوپ را براي شمال¬يابي دقيق ضروري مي¬سازد. سيستم ناوبري اينرسي، راه¬حلي مناسب براي تشخيص حركت‌هاي سريع با دقت بالا است، اما به علت رشد خطا در طول زمان به صورت انتگرالي، دقت اين سيستم با زمان كاهش مي¬يابد و به تنهايي غير قابل استفاده است. از طرفي، اگرچه سيستم موقعيت‌ياب جهاني فاقد خطاي تجمعي است، ولي تنها قادر به ارائه اطلاعات موقعيت و سرعت با نرخ پايين است. در مقابل، سرعت¬سنج كشتي وسيله‌اي براي خواندن سرعت، در امتداد محور طولي كشتي مي¬باشد. سرعت¬سنج به عنوان مرجع خارجي سرعت، بردار سرعت را با نرخي بالاتر از سيستم موقعيت‌ياب جهاني ارائه مي‌دهد. از اين رو مي‌توان با تلفيق اين سه سيستم‌ و استفاده از ويژگي‌هاي مكمل آن‌ها به دقت بهتري نسبت به هر يك از اين سيستم‌ها دست يافت. براي اين تلفيق از فيلتر كالمن توسعه يافته با چهار ورودي و دوازده متغير حالت استفاده مي¬شود و ماتريس ديناميك فيلتر بر حسب معادلات خطاي سيستم ناوبري اينرسي محاسبه مي¬شود. ورودي¬هاي فيلتر، تفاضل موقعيت بدست آمده از سيستم موقعيت¬ياب جهاني و سرعت نمايش داده شده با سرعت¬سنج به ترتيب با موقعيت و سرعت سيستم ناوبري اينرسي هستند. در اين پايان¬نامه سنسورهاي اينرسي مدل¬سازي و شبيه¬سازي شده¬اند و با تركيب آنها واحد اندازه¬گيري اينرسي تشكيل گرديده است. با استفاده از واحد اندازه¬گيري اينرسي داده¬هاي سناريوي حركت توليد مي¬گردد. همچنين در اين پايان¬نامه با تحليل و شبيه¬سازي سعي شده است، ميزان كارايي سيستم‌هاي تلفيقي در تعيين موقعيت، وضعيت و سرعت بهبود يابد. بدين منظور از سيستم موقعيت‌ياب جهاني و سرعت‌سنج به عنوان سيستم‌هاي كمكي در كنار سيستم ناوبري اينرسي، استفاده مي¬گردد. پياده‌سازي فيلتر به دو صورت حلقه¬باز و حلقه‌بسته انجام مي‌گيرد. سيستم ناوبري با شتاب¬سنج¬هاي و ژيروسكوپ¬هاي ، با روش¬هاي حلقه¬باز و حلقه‌بسته به مدت 3600 ثانيه شبيه¬سازي شده است. دقت اين سيستم¬ها براي تعيين وضعيت و شمال واقعي به ترتيب 0.3 و 0.03 درجه و براي سرعت به ترتيب 1 و 0.05 متر بر ثانيه است. سيستم حلقه بسته براي حالت سكون جسم نيز پياده‌سازي گرديد، كه در تعيين وضعيت حداكثر 0.03 درجه و در تعيين سرعت حداكثر 0.06 متر بر ثانيه، خطا دارد. همچنين دقت اين سيستم براي حركت در يك مسير دايره¬اي و يك مسير مارپيچ نيز مورد آزمايش قرار گرفته است. واژه‌هاي كليدي: سيستم ناوبري اينرسي، سيستم موقعيت‌ياب جهاني، بردار سرعت، ناوبري تلفيقي، ناوبري كمكي