Maple 8

Benem´rita Universidad Aut´noma de Puebla
e
o
Facultad de Ciencias de la Electrónica
“Implementaci´n de un sistema AHRS basado en un
o
Observador No lineal”
Tesis presentada a la
Facultad de Ciencias de la Electrónica
como requisito para la obtenci´n del grado de
o
Licenciado en Ingeniería en Mecatrónica
por
Heberto Madrigal Sastr´
e
asesorado por
Dr. Jos´ Fermi GuerreroCastellanos
e
Dr. Gerardo Mino Aguilar
Dr. W. Ferm´ Guerrero S´nchez
ın
a
Puebla, Pue., México.
Diciembre 2011.

i

T´
ıtulo: “Implementaci´n de un sistema AHRS basado en un
o
Observador No lineal”
´
Estudiante: Heberto Madrigal Sastre

´
COMITE

M.C. Rodrigo Lucio Maya
Ram´
ırez
Presidente

Dr. Germ´n Ardul Mu˜oz
a
n
Hern´ndez
a
Secretario

Dra. Liliana Cortez GeorgievnaVocal

ASESORES

Dr. Jos´ Fermi Guerrero
e
Castellanos

Dr. Gerardo Mino Aguilar

Dr. W. Ferm´ Guerrero
ın
S´nchez
a

´
Indice general
Agradecimientos

IX

Resumen

XI

Introducci´n
o

XIII

1. Generalidades y Estado del Arte
1.1. Sistema de Referencia de Actitud y Rumbo (AHRS) . . . . . . . . . . . . .
1.2. AHRS tradicionales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .
1.2.1. Ventajas y desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. AHRS Strapdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1. Ventajas y desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2. Aplicaciones . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Algoritmos para la estimaci´n de la actitud y rumbo . . . . . . . . . . . .
o
1.4.1. Parametrizaci´n de la actitud y rumbo en t´rminos de cuaterniones
o
e
1.4.2. Estimaci´n de la actitud y rumbo usando Filtros de Kalman . . . .
o
1.4.3. Estimaci´n de la actitud y rumbo usando Observadores No Lineal .
o
1.5. AHRS Strapdown comerciales . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. Sensores com´ nmente usados en sistemas AHRS strapdown
u
2.1. Sensores Inerciales MEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Aceler´metros MEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o
2.2.1. Clasificaci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .
o
2.2.1.1. Aceler´metros MEMS piezoresistivos . . . . . .
o
2.2.1.2. Aceler´metros MEMS capacitivos . . . . . . . .
o
2.2.1.3. Aceler´metros MEMS piezoel´ctricos . . . . . .
o
e
2.2.2. Modelo de medici´n del aceler´metro . . . . . . . . . . .
o
o
2.3. Gir´metros MEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o
2.3.1. Clasificaci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .
o
2.3.1.1. Gir´metros MEMS de diapas´n . . . . . . . . .
o
o
2.3.1.2. Gir´metros MEMS de anillo vibratorio . . . . .
o
2.3.2. Modelo de medici´n del gir´metro . . . . . . . . . . . . .
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INDICE GENERAL

iv

2.4. Magnet´metros . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o
2.4.1. Clasificaci´n . . . . . . . . . . . . . . . . .
o
2.4.1.1. Magnet´metros magnetorresistivo
o
2.4.1.2. Magnet´metros magnetoinductivo
o
2.4.2. Modelo de medici´ndel magnet´metro . .
o
o

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3. Dise˜ o e implementaci´n del sistema AHRS
n
o
3.1. Descripci´n del Observador No Lineal (ONL) . . .
o
3.2. Unidad de Mediciones Inerciales (IMU) . . . . . . .
3.3. Magnet´metros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o
3.4. Controlador Digital de Se˜ales . . . . . . . . . . . .
n
3.5. M´dulo bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . ....