search query: @keyword estimation / total: 24
results-list
reference: 6 / 24
« previous | next »
Author:Suhonen, Mika
Title:Modeling and Parameter and State Estimation of a Micro-Electro-Mechanical Fine-Pointing Actuator
Mikroelektromekaanisen hienosuuntausaktuaattorin mallinnus ja tila- sekä parametriestimointi
Publication type:Master's thesis
Publication year:2010
Pages:94      Language:   eng
Department/School:Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta
Main subject:Informaatiotekniikka   (T-115)
Supervisor:Simula, Olli
Instructor:Seppä, Heikki
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  121   | Archive
Keywords:MEMS
estimation
maximum likelihood
least-squares
EKF
UKF
MEM
estimointi
suurimman uskottavuuden menetelmä
pienimmän neliösumman menetelmä
EKF
UKF
Abstract (eng): The design and the manufacturing process of a two-axial micro-electro-mechanical fine-pointing actuator is outlined.
The actuator is based on electrostatic actuation and capacitive detection.
It is intended to be used in intersatellite optical links.

A mathematical model for the actuator system is developed.
The electro-mechanical model consists of a 3- degree-of-freedom model rigid-body model and nonlinear models for the electrostatic actuation and the capacitive measurement of the position and attitude of the moving part.
Experiments are designed for obtaining data from which the various model parameters can be estimated.
Probability models and estimators are developed for the actuator model parameters.
The work discusses mainly maximum likelihood and least-squares methods.

State estimation of the system is discussed.
The model of the system is an ordinary differential equation system together with sampled measurements and zero-order hold actuation.
Monte Carlo computer simulations are performed on the system with pseudo-random noise.
The state of the system is estimated from the simulated measurement results with the Extended Kalman Filter, the Unscented Kalman Filter and a simple moving average filter.
The accuracy of the estimates is determined by comparing them to the simulated state.

The feedback controller and the digital signal processing hardware used in experiments are outlined.
The controller employs feedback linearization and three independent PID controllers.
Measurements are performed to estimate actuator parameters.
The speed of the utilized digital signal processing hardware allowed only the simple moving average filter to be used in real-time experiments.
Experiments where the actuator was in vacuum were conducted and the state of the actuator was estimated with the simple filter.

An electrostatic actuator with constant-voltage boundary conditions has an unstable region where the plates of the actuator capacitor collapse together.
Mechanical damping of the actuator in vacuum is very low.
Stable operation of the actuator was achieved well within the open-loop unstable region with the rather slow control system which gives support to the accuracy of the model and the estimates.
Abstract (fin): Tässä diplomityössä käsitellään kaksiakselisen mikroelektromekaanisen hienosuuntausaktuaattorin mallinnusta sekä parametri- ja tilaestimointia.
Aktuaattorin suunnittelu ja valmistusprosessi kuvataan.
Aktuaattori käyttää elektrostaattista aktuaatiota ja kapasitiivista detektiota.
Aktuaattori on tarkoitettu käytettäväksi satelliittienvälisissä optisissa linkeissä.

Työssä kehitetään aktuaattorin matemaattinen malli.
Sähkömekaaninen malli koostuu kolmen vapausasteen jäykän kappaleen mallista ja epälineaarisista malleista aktuaatorin liikkuvan osan elektrostaattiselle aktuaatiolle ja kapasitiiviselle paikan- ja asennonmittaukselle.
Aktuaattorimallin parametrien estimoimiseksi suunnitellaan koejärjestelyt.
Aktuaattoriparametreille kehitetään stokastiset mallit ja estimaattorit.
Työ keskittyy pääasiassa suurimman uskottavuuden ja pienimmän neliösumman menetelmiin.

Aktuaattorin tilaestimointia tutkitaan työssä käyttäen numeerisia menetelmiä.
Systeemin malli on tavallisten differentiaaliyhtälöiden systeemi yhdessä näytteistettyjen mittausten ja nollannen kertaluvun pidon aktuaation kanssa.
Monte Carlo tietokonesimulaatioilla simuloidaan systeemin käytöstä pseudosatunnaisen kohinan kanssa.
Systeemin tila estimoidaan simulaatiotuloksista käyttäen laajennettua Kalman suodinta (EKF), unscented Kalman suodinta (UKF) ja yksinkertaista liukuvan keskiarvon suodinta.
Tilaestimaattien tarkkuus määritetään vertaamalla niitä simuloituun tilaan.

Kokeissa käytetty takaisinkytkentäinen säätöjärjestelmä ja digitaalisen signaalinkäsittelyn laitteisto kuvataan.
Säätöjärjestelmä käyttää takaisinkytkentäistä linearisointia ja kolmea riippumatonta PID-säädintä.
Aktuaatorin parametrien estimoimiseksi suoritetaan mittauksia.
Signaalinkäsittelylaitteiston vaatimaton nopeus mahdollisti ainoastaan yksinkertaisen liukuvan keskiarvon suotimen käytön yhdessä takaisinkytkentäisen linearisoinnin kanssa reaaliaikaiseen tilaestimointiin.
Suoritetaan mittauksia, joissa aktuaattori on tyhjössä ja aktuaattorin tila estimoidaan reaaliaikaisesti liukuvan keskiarvon suotimella.

Sähköstaattisella aktuaattorilla on jännitereunaehtojen kanssa epästabiili alue, jolla aktuaatorikondensaattorin levyt iskeytyvät yhteen.
Mekaaninen vaimennus on tyhjössä suoritetuissa kokeissa hyvin pieni.
Aktuaattorin stabiili toiminta tyhjössä epästabiililla alueella osoitettiin kokeellisesti melko hitaalla signaalinkäsittelylaitteistolla, mikä lisää luottamusta käytettyjen mallien sekä parametri- ja tilaestimaattorien tarkkuuteen.
ED:2010-11-19
INSSI record number: 41332
+ add basket
« previous | next »
INSSI