Обоснована необходимость определения буксования колёс сельскохозяйственных тракторов при проведении испытаний с целью определения функциональных характеристик. Рассмотрен принцип работы и конструкция инерциального датчика угла поворота ведущего колеса ИП-291, базирующегося на датчике инерциальной навигационной системы MPU-9250. Проанализированы основные существующие математические методы нелинейной фильтрации исходных данных девяти осевых инерциальных датчиков ориентации. Разработано программное обеспечение, реализующее различные варианты математических моделей для обработки данных инерциальных датчиков ориентации. Описана конструкция стенда и программное обеспечение для испытаний датчика ИП-291 с целью определения точности и стабильности показаний в диапазоне от 0 до 360° с различными вариантами математических моделей цифровых фильтров. Приведены результаты реализации и испытаний на датчике ИП-291. Основными преимуществами инерциального датчика ИП-291 является простота монтажа на колесо трактора, отсутствие питающих и информационных кабелей. Установлено, что с целью выбора оптимального математического фильтра необходимо соответствовать следующим критериям: погрешность измерения - не более 1%, среднеквадратическое отклонение показаний - не более 0,5°, рабочий диапазон измерений от 0 до 360°. По результатам испытаний был выбран лучший по точности измерения (основная приведённая погрешность 0,678%) и стабильности показателей (среднеквадратическое отклонение 0,117°) расширенный фильтр Калмана на основе вычисления Якобиана. Выбранная математическая модель фильтра позволяет использовать технологию инерциальной навигации для расчёта изменения угла поворота ведущего колеса трактора с последующим вычислением скорости и буксования.
The author proves the necessity of determining the slipping of farm tractor wheels during testing with the purpose of determining their functional characteristics and gives account of the operating principle and design of an inertial sensor of the driving wheel turning angle ИП-291, based on the sensor of the inertial navigation system MPU-9250. The main existing mathematical methods for nonlinear filtering of the initial data of 9-axis inertial orientation sensors have been analyzed for this purpose. A software has been developed to implement various variants of mathematical models for processing data of inertial orientation sensors. The bench design and the software for testing the ИП-291 sensor are described with the purpose of determining the accuracy and stability of the indications in the range from 0 to 360° with various variants of mathematical models of digital filters. The author presents the implementation and test results of the sensor IP-291. The main advantages of the inertial sensor ИП-291 are the ease of its mounting on a tractor wheel, as well as no need in power and information cables. It has been established that in order to select the optimal mathematical filter it is necessary to meet the following criteria: measurement error - no more than 1%, standard deviation of indications - no more than 0,5°, and an operating range of measurements - from 0 to 360°. Proceeding from the test results, the authors have chosen the best accuracy measurement (the main full-scale error of 0.678%) and the stability of indices (standard deviation of 0.117°) for the extended Kalman filter based on the Jacobian calculation. The selected mathematical model of the filter allows using the inertial navigation technology to calculate the change in the rotation angle of the driving wheel of a tractor with subsequent calculation of speed and skidding.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.