Ориентация подвижных объектов

Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины: освоение принципов функционирования, анализа и расчета параметров систем ориентации подвижных объектов Задачи дисциплины: - изучение состава и конфигурации комплексов ориентации в составе инерциальной навигационной системы на всех этапах жизненного цикла; - изучение и освоение математического обеспечения комплексов ориентации; - моделирование работы бесплатформенных систем ориентации; - проведение научно-исследовательских работ в процессе проектирования систем ориентации подвижных объектов

Краткое содержание дисциплины

Системы координат комплексов ориентации подвижных объектов. Векторы и их свойства для анализа комплексов ориентации. Матрицы направляющих косинусов комплексов ориентации. Кватернионы в комплексах ориентации подвижных объектов. Алгоритмы ориентации бесплатформенных систем. Начальная выставка бесплатформенных систем ориентации. Погрешности бесплатформенных систем ориентации. Коррекция бесплатформенных систем ориентации с помощью средств видеонаблюдения. Интеграция внешних корректирующих систем (спутниковых, оптических, магнитных) в общий контур ориентации. Принципы математического моделирования бесплатформенных систем ориентации. Стохастические модели погрешностей гироскопов и акселерометров. Методы моделирования кинематических параметров движения подвижного объекта. Полунатурное моделирование на основе роботизированных стендов (KUKA как задатчик эталонных траекторий). Верификация и валидация алгоритмов ориентации методами имитационного моделирования. Системы координат комплексов ориентации подвижных объектов. Формы представления векторов. Скалярное и векторное произведение векторов. Векторные операции для вычисления скоростей и ускорений. Преобразования компонент векторов. Матрицы направляющих косинусов. Углы Эйлера-Крылова. Параметры Родрига-Гамильтона. Применение кватернионов в системах ориентации. Кинематическое уравнение для кватерниона ориентации. Структура алгоритма комплексов ориентации и навигации. Алгоритмы ориентации бесплатформенных систем. Начальная выставка бесплатформенных систем ориентации. Функциональные алгоритмы вычисления угловых параметров БСО/БИНС. Математическая модель возмущенного режима работы БСО/БИНС: общие положения. Математическая модель ухода базовой системы координат БСО/БИНС. Применение оптимальной фильтрации Калмана в задачах коррекции ориентации. Построение алгоритмов комплексирования БСО с видео- и GNSS-коррекцией. Разработка имитационной модели БСО в среде MATLAB/Simulink. Моделирование динамических погрешностей при вибрационных и угловых воздействиях. Изучение кинематической схемы робота KUKA. Программирование эталонных траекторий в KRL. Прямая задача кинематики. Построение математической модели движения манипулятора. Расчёт эталонных угловых параметров для звеньев. Реализация кватернионного алгоритма БСО для оценки ориентации звена робота в реальном времени. Экспериментальное определение погрешностей БСО путём сравнения с эталонными значениями от KUKA. Введение имитационных возмущений (шумы, дрейфы) в сигналы IMU. Оценка устойчивости алгоритмов. Реализация коррекции БСО с помощью фильтра Калмана на основе эталонной траектории робота.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-1 Способен осуществлять организацию и управление проведением научно-исследовательских и проектных работ, определенных созданием конкурентоспособных информационных систем
УК-2 Способен управлять проектом на всех этапах его жизненного цикла