Matematické Fórum

↑ Lumikodlak:
- Cip by mel prefiltrovat ziskane data ze senzoru a dale je zpracovat, vykonu na to ma urcite dostatek (90DMIPS 32bit)
- Cip sbira data frekvenci max 8kHz z gyra, 1,6kHz z acc - je to dano parametry obou senzoru, vice neumoznuje zrejme jejich interni A/D prevodnik (oba senzory musi mit vlastni, protoze vystup ze senzoru je digitalni - I2C)
- Gyroskop i akcelerometr mi dava rovnou hodnotu (16bit pro kazdou osu celociselne). Neni rotace, pak je vystup na dane ose 0, je rotace, pak je to cislo v zavislosti na jeji rychlosti. Podobne i u akcelerometru.
- Chyba to neni, opravdu potrebuji odfiltrovat vse nad 30Hz.
----
Prikladam graf, kdy jsem pomoci low pass FFT filtru vyfiltroval vse nad cca tech 35Hz.
Zjistil jsem, ze problem netkvi v tech symetrickych vibracich, ale v tech nesymetrickych, ktere pomoci FFT nejdou odfiltrovat. Tyto nesymetricke (vibrace o nahodnych kmitoctech a amplitudach) jsou videt krasne na tom grafu. Vystup je z gyra a to pri zapnutem motoru do otacek, ktere nevytvari zadne razantni vibrace, s modelem se nehybalo. Tyto vysokofrekvencni mechanicke vibrace, ktere projdou do senzoru maji za ucinek posouvani stredu dat (rychle driftovani) v tom pasmu pod 35Hz, ktere jsem odfiltroval. Takze zde se musi pouzit jiny filtr. Vedeli byste jaky? Problem je v tom, ze tyto zmeny jsou dokonce vetsi nez nejaky prumerny pohyb modelu a jde mi velmi o rychlost filtru a o skokovou zmenu.


Takto vypada klasicky pohyb modelu bez motoru a v idealnim pripade by mel vypadat i s nim po aplikovani kvalitniho filtru:


A takhle vypada filtrace pomoci pouheho Kalman filtru s optimalne nastavenymi parametry pro dostatecne rychlou skokovou zmenu (zapnuty motor, bez pohybu modelu):

↑ Lumikodlak:
- Ten graf je jenom pro oko, nastavil jsem tam rozsah +- 300 pro "obor hodnot", tj. 1 jednotka odpovida 1 pixelu.
- FFT se da pouzivat velmi snadno k vytvoreni kvalitniho low pass, band pass, high pass, .. filtru tak, ze provedes FFT s napr. 64 vzorkama, samozrejme s nejakym oknem (napr. Hamming). Po teto transformaci jednoduse prepises vysledne pole nulama tam, kde chces dane "bin" eliminovat. Podle toho se pak jedna o dany typ filtru. Nasledne prevedes zpet pomoci inverzni FFT a dostanes priblizne original signal bez techto frekvenci. Pro lepsi latenci filtru se da namisto N/2 pozice brat data uz napr z N/8, vse zalezi na pouzitem okne. Ale pak se zhorsuje presnost a meni fazovy posuv, coz lze vhodnou transormaci taky eliminovat.
Ale jak jsem psal, FFT je na tento sum kratky.
- Jak to myslite s tim prumerem? Kdyz mam tento sum co mi posouva stred, tak v tomto sumu se nachazi i chteny signal. Otazkou je, jak mam poznat co je pohyb a co ne? Jedinou moznosti jak tohle resit je pomoci dalsiho senzoru a ten mam take k dispozici. Akcelerometr by nemel kvuli vibracim driftovat, coz pri odfiltrovani pomoci FFT by mohlo vest ke stabilni referenci stredu pro gyro. Zrejme zkusim rozsireny kalman filtr.

↑ Lumikodlak:
V casove ose trva asi 4 sekundy nez prejde bod ze zacatku do konce.
Vibrace vs pohyb jsou znazorneny na grafech 1. a 2. vyse.
Skoro se to zda, ze je to nemozne, opak je pravdou.

↑ check_drummer:
- Signal z gyroskopu je v podobe dat, resp. hodnot v rozsahu 2^16 urovni, kde 0 je stred (senzor se neotaci kolem dane osy, tj. uhlove zrychleni je 0). Jak funguje gyroskop a akcelerometr asi popisovat nema smysl, o tom je spoustu materialu na webu. Signal snimam ve vsech 6 osach neustale - X, Y, Z akcelerometru a X, Y, Z gyra.
- Gyroskop ma velikou vyhodu v tom, ze je velmi presny na velmi male zmeny a neni temer zatizen jinymi silami, jako akcelerometr. Takze gyroskop mi rychle urci napr. uhel natoceni modelu. Kdezto akcelerometr mi urci jak je natoceny ten model vuci zemi, protoze snima mimo jine gravitacni zrychleni a prozmenu od gyra neni zatizeny driftem takze se muzou navzajem doplnovat v tom co kazdy dela nejlepe.
Gyro pouzivam k tomu, abych na zaklade nej urcil jak se pohybuje model za letu, data ze senzoru mi jdou do regulacni smycky, kde je dale zpracuji a poslou se na vystup servum na modelu. V konecnem vysledku to umoznuje ridit model s urcitymi vyhodami.
- Ujizdeni stredu, resp. drift je jev, kdy gyro zacne posilat hodnoty, jakoby senzor konal nejakou rotaci, i kdyz realna uhlova rychlost je 0. Takze namisto nuly zde mam napr 100 a v pripade pohybu by pak byl stejne rychly pohyb na jednu stranu 90, na druhou zase 110 namisto -10 a 10.
- Let modelu znamena, ze letadlo/vrtulnik leti spolu se senzory a elektronikou uvnitr, ta ma za cil jeho smer letu korigovat.

↑ pavelk:
Ahoj, děkuji za vysvětlení. Abych si to tedy ujasnil:

Když se bavíme o senzoru, tak máš vždy na mysli senzor buď na gyroskopu nebo na akcelerometru. A nebo ještě nějaký jiný?

Tvým úkolem tedy je z těchto senzorů odfiltrovat vibrace (motoru apod.), abys získal co nejpřesnější signál říkající jakým směrem (a s jakým zrychlením) se model pohybuje?

Co vše přispívá k tvorbě "šumu"? Je to zejména motor nebo i něco jiného? Máš rovněž nějaký senzor, kterým bys snímal např. počet otáček motoru a na základě toho mohl upravit dynamicky parametry filtru?

Díky za informaci.

Poridil jsem nove grafy, omlouvam se za ten prvni, ten graf byl z uplne nefiltrovaneho vystupu gyra.
Ted mam grafy z ruznych otacek motoru a FFT filtrem s cutoff 16Hz. Takze jde videt jak hezky driftuje gyro a presne tohoto driftu se musim zbavit.
http://forum.matweb.cz/upload3/img/2012 … 253A50.png
http://forum.matweb.cz/upload3/img/2012 … 253A14.png
http://forum.matweb.cz/upload3/img/2012 … 253A30.png
http://forum.matweb.cz/upload3/img/2012 … 253A41.png
http://forum.matweb.cz/upload3/img/2012 … 253A58.png

↑ check_drummer:
Ano to je drift. Model je celou dobu v klidu, bez pohybu. Mel by vracet caru. Jak vypada obraz jeste nevim, ale melo by smysl provadet takovou FFT v praxi? Vyfiltrovat takhle nizkou frekvenci by zabralo hodne casu a to je problem. Jedine, ze by existoval jednoduchy notch filter.
V nejhorsim koupim senzor za $150 a bude vystarano.
Existuje filtr, kterym by se dalo filtrovat vsechny periodicke signaly a neperiodicke propustit?

Udelal jsem dalsi grafy, tentokrat z akcelerometru ze stejne osy.






Grafy zacinaji nulovymi otackami a konci ve vysokych. Jde videt, ze akcelerometr nijak nedriftuje, nulu ma porad ve stredu ale za to reaguje jako vibrometr. Jde videt ze se meni frekvence i amplituda a taky jde videt ve vyssich otackach pulzovani. Nejlepsi by asi bylo, kdyby se vibrace akcelerometru jednoduse "odecitaly" od signalu gyra nebo naopak by akcelerometr udaval stred pro gyro za predpokladu, ze by se vyfiltrovaly i takhle nizke frekvence coz by prineslo velike spozdeni (coz si nemohu dovolit).
Dalsi vec, ktera me napadla je, delat FFT pri velmi nizkych vzorkovacich frekvencich a znacit si, ktere frekvence se opakuji. Pokud se nektera opakuje, tak ji dopredu odfiltrovat - primo odecist inverzni FFT od puvodniho signalu tak, aby se zacatky periody shodovaly. Coz by znamenalo jak nulove spozdeni, tak uspesne vyfiltrovani. V nejhorsim pripade by sly poznat jen pri zmenach otacek nepatrne zakmity.

↑ check_drummer:
Tak jsem zjistil, ze hlavnim zdrojem vibraci bylo tlacitko. Bylo priblizne 2cm od senzoru a po tom co jsem ho pripevnil, tak se vibrace razantne snizily.
Pokud to nebude horsi, tak to snad je vyreseno :)

Dekuji mnohokrat za snahu. Nakonec to bylo jednodussi nez se zdalo.