ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ДАТЧИКА ПОВОРОТА КОЛЕСА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА

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.

цифровая обработка, математические методы, математическая модель, инерциальный датчик поворота колеса, фильтр ориентации, фильтр Калмана, digital processing, mathematical methods, mathematical model, inertial wheel rotation sensor, orientation filter, Kalman filter

1. Об определении функциональных характеристик (потребительских свойств) и эффективности сельскохозяйственной техники и оборудования: Постановление Правительства от 01.08.2016 № 740 // Собрание законодательства Российской Федерации. 2016. № 32. Ст. 5120.

2. ГОСТ 30745-2001 (ИСО 789-9-90) Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. 11 с.

3. ГОСТ Р 52777-2007 Техника сельскохозяйственная. Методы энергетической оценки. М.: Стандартинформ, 2008. 7 с.

4. Лопарев А.А., Комкин А.С. Исследование буксования ведущих колес трактора в транспортно-тех-нологическом сельскохозяйственном агрегате // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Материалы IX Междунар. науч.-практ. конф. «Наука - Технология - Ресурсосбережение». Киров: Изд-во Вятской ГСХА, 2016. С. 158-161.

5. Видикер А.А., Бережнов Н.Н. Адаптация аппаратных средств измерительно-информационного комплекса для проведения контрольного динамо-метрирования энергонасыщенных МТА // Материалы VIII региональной науч.-практ. конф. студентов и аспирантов, посвященной 80-летию НГАУ-НСХИ (10-11 ноября 2016 г.). Новосибирск, 2016. С. 52-58.

6. Федоренко В.Ф., Мишуров Н.П., Трубицын Н.В., Таркивский В.Е. Применение инерциаль-ной навигации для определения буксования сельскохозяйственных тракторов // Вестник Мордовского университета. 2018. № 1. Т. 28. С. 8-23.

7. MPU-9250. Product Specification. Revision 1.1. [Электронный ресурс]. URL: https://www. invensense.com/products/motion-tracking/9-axis/ mpu-9250/ (дата обращения: 01.04.2018).

8. Куликова М.В., Куликов Г.Ю. Численные методы нелинейной фильтрации для обработки сигналов и измерений // Вычислительные технологии. 2016. № 4. С. 64-98.

9. Кудрявцева И.А. Анализ эффективности расширенного фильтра Калмана, сигма-точечного фильтра Калмана и сигма-точечного фильтра частиц // Научный Вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2016. № 224 (2). С. 43-51.

10. Sebastian O.H. Madgwick An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays [Электронный ресурс]. URL: http://x-io.co.uk/ res/doc/madgwick_internal_report.pdf (дата обраще­ния: 01.04.2018).

11. Конвей Дж.Х, Смит Д.А. О кватернионах и октавах, об их геометрии, арифметике и симме-триях. М.: МЦНМО, 2009. 184 с.