haku: @keyword estimointi / yhteensä: 19
viite: 6 / 19
| Tekijä: | Suhonen, Mika |
| Työn nimi: | Modeling and Parameter and State Estimation of a Micro-Electro-Mechanical Fine-Pointing Actuator |
| Mikroelektromekaanisen hienosuuntausaktuaattorin mallinnus ja tila- sekä parametriestimointi | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2010 |
| Sivut: | 94 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta |
| Oppiaine: | Informaatiotekniikka (T-115) |
| Valvoja: | Simula, Olli |
| Ohjaaja: | Seppä, Heikki |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 121 | Arkisto |
| Avainsanat: | MEMS estimation maximum likelihood least-squares EKF UKF MEM estimointi suurimman uskottavuuden menetelmä pienimmän neliösumman menetelmä EKF UKF |
| Tiivistelmä (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. |
| Tiivistelmä (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. |
| ED: | 2010-11-19 |
INSSI tietueen numero: 41332
+ lisää koriin
INSSI