Evaluación de técnicas de filtrado digital para la optimización de lecturas obtenidas con sensores inerciales

Abstract

En la presente investigación se diseñaron y evaluaron dos diferentes tipos de filtros digitales, los cuales buscan suprimir el efecto de las perturbaciones inducidas por la vibración en la lectura de señales tomadas con acelerómetros, que suelen encontrarse instalados en cuadricóptero. Esta vibración es principalmente causada por el desbalance de los rotores durante su operación, las oscilaciones afectan a estos sensores que son importantes para la programación de un sistema de referencia inercial en ejes cuerpo, de modo que se han vuelto indispensables en la navegación aérea.Mediante el análisis modal experimental, se identificaron las frecuencias naturales de los primeros modos de vibración del cuadricoptero. Este experimento consistió en inducir vibración a la estructura y al mismo tiempo capturar con un acelerómetro analógico la señal proveniente del mismo, con estos datos se procedió a realizar un análisis espectral de frecuencias. En los resultados del análisis espectral se encontraron frecuencias de vibración donde se produce resonancia. Con esta información se diseñaron filtros IIR y Kalman para atenuar perturbaciones cuando el cuadricóptero entra en este estado, y así lograr que los datos filtrados sean los óptimos para el cálculo de la actitud de la aeronave en estado estático.Para implementar lo filtros y simular su desempeño se obtuvo una señal limpia de perturbaciones los sensores inerciales. Esta señal se contaminó artificialmente sumando ondas sinusoidales de frecuencia donde existe resonancia. Dicha señal simuló la condición en el cual; la vibración se amplifica y contamina los acelerómetros. Se procedió a filtrarla señal con los dos tipos de filtros y se evaluó su desempeño para determinar cuál de los dos tiene mejores resultados a la hora de suprimir vibraciones mecánicas.