STUDYING METHODS OF OBTAINING AND DIGITAL PROCESSING OF SENSOR SIGNALS OF WHEEL TURNS OF FARM TRACTORS

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.

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.