gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»629.5.058.47gyroscopy-80Research ArticleСтатьиРазработка ЭКД на микромеханических датчиках, свободного от действия переносных ускоренийDevelopment of a MEMS-Based Electronic Inclinometer Free from the Effect of Translational AccelerationsГрязинД. ГGryazinD. G.

Грязин Дмитрий Геннадиевич – доктор технических наук, главный метролог – начальник отдела

С.-Петербург

St. Petersburg

ПадеринаТ. В.PaderinaT. V.

Падерина Татьяна Владимировна – кандидат технических наук, старший научный сотрудник

С.-Петербург

St. Petersburg

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSCRussian Federation2023190520253125164Copyright © Грязин Д.Г., Падерина Т.В., 20252025Грязин Д.Г., Падерина Т.В.Gryazin D.G., Paderina T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/80

В статье рассматриваются погрешности наиболее распространенных механических кренометров, устанавливаемых на мостике судна. Эти погрешности, обусловленные влиянием переносных ускорений, действующих на качке в месте установки прибора, достигают значительной величины. Чтобы устранить этот недостаток, разработан макет нового электронного кренодифферентометра. Описываются алгоритмы его работы, приводятся результаты имитационного моделирования, а также стендовых испытаний, которые подтверждают возможность выработки углов качки с точностью, соответствующей требованиям Российского морского регистра судоходства. Отмечается важность измерения статического крена для безопасности малых рыболовецких судов в условиях их эксплуатации. Оценена точность измерения этого параметра в макете нового прибора.

The paper discusses the errors of the most widespread mechanical ship-based lateral inclinometers installed on the ship bridge. There errors are caused by the effect of translational accelerations at the device installation point during pitching/rolling, and can reach significant values. To eliminate this problem, a new electronic inclinometer has been developed. Its operation algorithms, simulation and bench-test results are presented to confirm that the pitch/roll angles can be measured with the accuracy meeting the requirements of the Russian Maritime Registry of Shipping. The importance of measuring the heel of small fishing vessels to ensure their safe operation is emphasized. The accuracy of this parameter measurements taken with the new device is estimated.

электронный кренометрмикромеханические датчикипереносные ускорениякомплементарный фильтрElectronic inclinometermicromechanical sensorstranslational accelerationscomplementary filterРабота выполнена при поддержке гранта РНФ 23-29-00090.References[Электронный ресурс] Мера качки как важнейший параметр мореходных качеств судна. URL: https://allbreakingnews.ru/mera-kachki-kak-vazhnejshij-parametr-morexodnyx-kachestv-sudna (дата обращения: 15.05.2023).[Электронный ресурс] Мера качки как важнейший параметр мореходных качеств судна. URL: https://allbreakingnews.ru/mera-kachki-kak-vazhnejshij-parametr-morexodnyx-kachestv-sudna (дата обращения: 15.05.2023).[Электронный ресурс] URL: https://versia.ru/19-yanvarya-1965-goda-iz-za-obledeneniya-pogiblichetyre-rybolovnyx-traulera (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://versia.ru/19-yanvarya-1965-goda-iz-za-obledeneniya-pogiblichetyre-rybolovnyx-traulera (дата обращения: 09.02.2023).Гембатый Е.В. Анализ методов расчёта изменения угла крена судна при проведении операций с тяжеловесными грузами // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2015. №4. С. 55–62. URL: https://rucont.ru/efd/484220 (дата обращения: 09.02.2023)Гембатый Е.В. Анализ методов расчёта изменения угла крена судна при проведении операций с тяжеловесными грузами // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2015. №4. С. 55–62. URL: https://rucont.ru/efd/484220 (дата обращения: 09.02.2023)Fossen, T.I., Handbook of Marine Craft Hydrodynamicsand Motion Control, Wiley, 2011.Fossen, T.I., Handbook of Marine Craft Hydrodynamicsand Motion Control, Wiley, 2011.Правила по оборудованию морских судов. Часть V. Навигационное оборудование. Российский морской регистр судоходства С-Пб. 2020.Правила по оборудованию морских судов. Часть V. Навигационное оборудование. Российский морской регистр судоходства С-Пб. 2020.Resolution MSC.363(92) (Adopted on 14 June 2013) Perfomance Standards For Electronic Inclinometers.Resolution MSC.363(92) (Adopted on 14 June 2013) Perfomance Standards For Electronic Inclinometers.[Электронный ресурс] URL: https://navitron.co.uk/ (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://navitron.co.uk/ (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://www.pacatlantic.com/zollner/wp-content/uploads/sites/3/2015/04/ Inclinometer-1.pdf (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://www.pacatlantic.com/zollner/wp-content/uploads/sites/3/2015/04/ Inclinometer-1.pdf (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://anhvucorp.com/en/shop/rongde-rdyb-510-marine-electronic-inclinometer-elm/ (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://anhvucorp.com/en/shop/rongde-rdyb-510-marine-electronic-inclinometer-elm/ (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: http://www.navcom.ru/catalog/delta/delta_401/ (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: http://www.navcom.ru/catalog/delta/delta_401/ (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://ecs-sko.ru/catalog/equipment/detail/sudovoy-elektronnyy-krenometr-tip-delta-k/?print=pdf (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://ecs-sko.ru/catalog/equipment/detail/sudovoy-elektronnyy-krenometr-tip-delta-k/?print=pdf (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://www.kongsberg.com/maritime/products/vessel-reference-systems/motion-and-heading-sensors/mru/ (дата обращения: 09.02.2023).[Электронный ресурс] URL: https://www.kongsberg.com/maritime/products/vessel-reference-systems/motion-and-heading-sensors/mru/ (дата обращения: 09.02.2023).Голованов П.Н., Попов А.Н., Сергушов И.В., Яшин А.Г., Алешкин В.В. Результаты испытаний инерциального измерительного блока в составе несущей системы беспилотного вертолета // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18. №1(2).Голованов П.Н., Попов А.Н., Сергушов И.В., Яшин А.Г., Алешкин В.В. Результаты испытаний инерциального измерительного блока в составе несущей системы беспилотного вертолета // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18. №1(2).Борисова А.Ю., Смаль А.В. Анализ разработок современных бесплатформенных инерциальных навигационных систем // Инженерный вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2017. №5. http://engsi.ru/ doc/859644.html.Борисова А.Ю., Смаль А.В. Анализ разработок современных бесплатформенных инерциальных навигационных систем // Инженерный вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2017. №5. http://engsi.ru/ doc/859644.html.Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2003. С. 389.Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2003. С. 389.Min, H.G., Jeung, E.T., Complementary Filter Design for Angle Estimation using MEMS Accelerometer and Gyroscope. [Электронный ресурс] URL: http://www.academia.edu/6261055/Complementary_ Filter_Design_for_Angle_Estimation_using_MEMS_Accelerometer_and_Gyroscope.Min, H.G., Jeung, E.T., Complementary Filter Design for Angle Estimation using MEMS Accelerometer and Gyroscope. [Электронный ресурс] URL: http://www.academia.edu/6261055/Complementary_ Filter_Design_for_Angle_Estimation_using_MEMS_Accelerometer_and_Gyroscope.Степанов О.А., Мансур М. Алгоритмы комплексной обработки в задаче коррекции показаний навигационных систем при наличии нелинейных измерений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. № 6. С. 89–102.Степанов О.А., Мансур М. Алгоритмы комплексной обработки в задаче коррекции показаний навигационных систем при наличии нелинейных измерений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. № 6. С. 89–102.Ивойлов А.Ю. О применении МЭМС-датчиков при разработке системы автоматической стабилизации двухколесного робота // Сборник научных трудов НГТУ. 2017. №3 (89). 32–51.Ивойлов А.Ю. О применении МЭМС-датчиков при разработке системы автоматической стабилизации двухколесного робота // Сборник научных трудов НГТУ. 2017. №3 (89). 32–51.Зо Мью Наин, Щагин А.В., Ле Винь Тханг, Хтин Линн У. Комплементарный фильтр для оценки угла с использованием микромеханической системы гироскопа и акселерометра // Инженерный вестник Дона. 2020. №3. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_72_Zaw_MyoNaing_Shchagin.pdf_6749b2a99a.pdf.Зо Мью Наин, Щагин А.В., Ле Винь Тханг, Хтин Линн У. Комплементарный фильтр для оценки угла с использованием микромеханической системы гироскопа и акселерометра // Инженерный вестник Дона. 2020. №3. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_72_Zaw_MyoNaing_Shchagin.pdf_6749b2a99a.pdf.Colton, S., The Balance Filter. Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, 2007, https://b94be14129454da9cf7f056f5f8b89a9b17da0be.googledrive.com/host/0B0ZbiLZrqVa6Y2d3UjFVWDhNZms/filter.pdf.Colton, S., The Balance Filter. Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, 2007, https://b94be14129454da9cf7f056f5f8b89a9b17da0be.googledrive.com/host/0B0ZbiLZrqVa6Y2d3UjFVWDhNZms/filter.pdf.Матвеев В.В. Анализ комплементарных фильтров при построении бескарданной гировертикали // Известия Тульского гос. ун-та. Технические науки. 2019. №8. С. 153–164.Матвеев В.В. Анализ комплементарных фильтров при построении бескарданной гировертикали // Известия Тульского гос. ун-та. Технические науки. 2019. №8. С. 153–164.Alam, F., He, Z.Z, Jia, H.J., A Comparative Analysis of Orientation Estimation Filters using MEMS based IMU, 2nd International Conference on Research science, Engineering and Technology, March 21–22, 2014, Dubia, pp.86–91.Alam, F., He, Z.Z, Jia, H.J., A Comparative Analysis of Orientation Estimation Filters using MEMS based IMU, 2nd International Conference on Research science, Engineering and Technology, March 21–22, 2014, Dubia, pp.86–91.Liqiong Tang, Mukhopadhyay, S.C., MEMS based IMU for tilting measurement: Comparison of complementary and kalman filter based data fusion, IEEE 10-th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 23 November 2015, pp. 2005–2009.Liqiong Tang, Mukhopadhyay, S.C., MEMS based IMU for tilting measurement: Comparison of complementary and kalman filter based data fusion, IEEE 10-th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 23 November 2015, pp. 2005–2009.Матвеев В.В., Погорелов М.Г. Анализ погрешностей микромеханических гироскопов методом вариаций Аллана // Известия Тульского гос. ун-та. Технические науки. 2015. №3. С. 123–135.Матвеев В.В., Погорелов М.Г. Анализ погрешностей микромеханических гироскопов методом вариаций Аллана // Известия Тульского гос. ун-та. Технические науки. 2015. №3. С. 123–135.Депутатова Е.А., Гнусарев Д.С., Калихман Д.М. Анализ шумовых составляющих кварцевого маятникового акселерометра с цифровым усилителем обратной связи // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. №6.Депутатова Е.А., Гнусарев Д.С., Калихман Д.М. Анализ шумовых составляющих кварцевого маятникового акселерометра с цифровым усилителем обратной связи // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. №6.[Электронный ресурс] URL: http://wc.matrixplus.ru/usbm06-003.htm (дата обращения: 09.04.2023).[Электронный ресурс] URL: http://wc.matrixplus.ru/usbm06-003.htm (дата обращения: 09.04.2023).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.