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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2014.tde-18032014-132715
Document
Author
Full name
Thales Eugenio Portes de Almeida
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Monteiro, José Roberto Boffino de Almeida (President)
Caurin, Glauco Augusto de Paula
Simões, Eduardo do Valle
Title in Portuguese
Sistema de sensoriamento de orientação para um veículo aquático de superfície utilizando sensores de baixo custo
Keywords in Portuguese
Filtragem
Filtro de Kalman estendido
Inercial
MEMS
Orientação
Sensoriamento
Abstract in Portuguese
O presente trabalho trata do desenvolvimento de um sistema de sensoriamento de orientação utilizando sensores inerciais de baixo custo, de tecnologia MicroElectroMechanical Systems, MEMS, que apresentam altas taxas de ruído. Assim, é realizada a filtragem e fusão dos dados dos sensores para obtenção de uma estimativa confiável, com a aplicação do filtro de Kalman estendido. O sistema é utilizado para a navegação e controle em um veículo aquático de superfície autônomo. No desenvolvimento do trabalho são investigados os princípios da navegação inercial, da representação da orientação e os sistemas de coordenadas envolvidos, apresentando o método por ângulos de Euler, quatérnios e DCM e o procedimento de atualização conforme a variação da orientação. O sistema desenvolvido foi testado em bancada e em um barco com formato de trimarã construído no Laboratório de Controle e Eletrônica de Potência, na Escola de Engenharia de São Carlos, mostrando os resultados dos testes realizados navegando em uma represa, obtendo resultados satisfatórios para essa aplicação. É mostrado também o comportamento dinâmico dos veículos aquáticos de superfície através do estudo da dinâmica de corpos rígidos.
Title in English
Orientation sensing system for an surface aquatic vehicle applying low cost sensors
Keywords in English
Extended Kalman filter
Filtering
Inertial
MEMS
Orientation
Sensing
Abstract in English
This work describes the development of an orientation sensing system composed of low cost inertial sensors with MicroElectroMechanical Systems (MEMS) technology, which presents high noise levels. Thus, filtering and sensor's measurements fusion is done in order to achieve a reliable estimation, trough an extended Kalman filter. The system is used for navigation and control of an autonomous aquatic surface vehicle. In this work, the principles of inertial navigation, orientation representation as well as the coordinate frames involved are investigated, presenting the methods trough Euler angles, quaternions and DCM, and the update proceeding according to the orientation changes. The developed system was tested in the lab and on a trimaran shaped vessel navigating on a dam, wich was developed in the Control and Power Electronics Laboratory at the São Carlos School of Engineering, achieving satisfactory results for this application. It is also shown the dynamic behavior of the surface aquatic vehicles, using rigid-body dynamics.
 
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Thales.pdf (2.15 Mbytes)
Publishing Date
2014-03-25
 
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