DE102022204010A1 - System and method for determining a temperature compensation offset value in a gyroscope of a device - Google Patents

System and method for determining a temperature compensation offset value in a gyroscope of a device Download PDF

Info

Publication number
DE102022204010A1
DE102022204010A1 DE102022204010.4A DE102022204010A DE102022204010A1 DE 102022204010 A1 DE102022204010 A1 DE 102022204010A1 DE 102022204010 A DE102022204010 A DE 102022204010A DE 102022204010 A1 DE102022204010 A1 DE 102022204010A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gyroscope
tco
temperature
offset
offset value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022204010.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Pullaratt Abdulla Shameem
Parambath Muhammad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Bosch Global Software Technologies Pvt Ltd
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Robert Bosch Engineering and Business Solutions Pvt Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, Robert Bosch Engineering and Business Solutions Pvt Ltd filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of DE102022204010A1 publication Critical patent/DE102022204010A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines temperaturkompensierten Versatzwerts in einem Gyroskop (102) geschaffen. Die Vorrichtung (100) umfasst eine Steuereinheit (110) und ein Erfassungsmodul (104), um eine Temperatur des Gyroskops (102) zu detektieren. Die Steuereinheit (110) umfasst ein Kalibrierungsmodul (104), das dazu konfiguriert ist, Daten vom Erfassungsmodul und Gyroskop (102) zu erfassen und zu verarbeiten. Das Kalibrierungsmodul (106) ist ferner dazu konfiguriert, einen Gyroskopversatzwert unter Verwendung eines in der Varianz begrenzten Mittelungsverfahrens aus den erfassten Gyroskopsensordaten zu berechnen. Die Vorrichtung (100) umfasst ferner ein TCO-Schätzmodul (108), das dazu konfiguriert ist, einen Temperaturkompensationsversatzfaktor (TCO-Faktor) unter Verwendung eines ersten Kalman-Filters zu schätzen. Ferner umfasst die Vorrichtung (100) eine Vorbelastungsschätzeinrichtung (112), die dazu konfiguriert ist, einen temperaturkompensierten Gyroskopversatzwert durch Kombinieren eines geschätzten vorhergesagten TCO-Versatz- und Gyroskopversatzwerts unter Verwendung eines zweiten Kalman-Filters zu berechnen.An apparatus (100) for determining a temperature compensated offset value in a gyroscope (102) is provided. The device (100) includes a control unit (110) and a detection module (104) to detect a temperature of the gyroscope (102). The control unit (110) includes a calibration module (104) configured to acquire and process data from the acquisition module and gyroscope (102). The calibration module (106) is further configured to calculate a gyro offset value using a variance-limited averaging method from the captured gyro sensor data. The device (100) further includes a TCO estimation module (108) configured to estimate a temperature compensation (TCO) offset factor using a first Kalman filter. The apparatus (100) further comprises a bias estimator (112) configured to calculate a temperature compensated gyro offset value by combining an estimated predicted TCO offset and gyro offset value using a second Kalman filter.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen eines Kompensationsversatzwerts in einem Gyroskop einer Vorrichtung und eine Steuereinheit dafür.The present invention relates to a system and a method for determining a compensation offset value in a gyroscope of an apparatus and a control unit therefor.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Ein Gyroskopsensor wird als Hauptsensor verwendet, um die Orientierung zu bestimmen. Derzeit verwenden die meisten Vorrichtungen ein Gyroskop mit hoher Präzision mit höheren Kosten, um die höhere Orientierungspräzision zu erreichen. Das Gyroskopsignal weist einen Versatzfehler aufgrund seiner Unzulänglichkeiten auf. Die Vorrichtungsorientierung wird auf der Basis des Algorithmus berechnet, der die Integration des Gyroskopsignals verwendet. Da das Signal den Versatzfehler aufweist, weist die berechnete Orientierung auch eine Abweichung auf. Da der Algorithmus die Integration verwendet, nimmt dieser Fehler weiterhin zu. Um diese Abweichung zu vermeiden, wird eine gelegentliche Gyroskopkalibrierung durchgeführt. Ein typischer Gyroskopkalibrierungsmechanismus erfordert einen stationären Vorrichtungszustand ohne irgendeine Vibration. Typischerweise kann dies durch Ausschalten aller typischen Vibrationsquellen wie Motoren von Vorrichtungen erreicht werden. Trotzdem ergibt dies keine bessere Benutzererfahrung, da er zwischendurch während seines normalen Betriebs stoppt.A gyroscope sensor is used as the main sensor to determine orientation. At present, most of the devices use a high-precision gyroscope with a higher cost to achieve the higher orientation precision. The gyroscope signal has an offset error due to its imperfections. The device orientation is calculated based on the algorithm using the integration of the gyroscope signal. Because the signal has the offset error, the calculated orientation also has an offset. As the algorithm uses integration, this error continues to increase. To avoid this deviation, an occasional gyroscope calibration is performed. A typical gyroscope calibration mechanism requires a steady state device without any vibration. Typically this can be achieved by turning off all typical sources of vibration such as motors of devices. Still, this doesn't give a better user experience as it stops in between during its normal operation.

Derzeitige Produkte verwenden Sensoren mit Industriequalität für Staubsaugerroboter aufgrund ihrer besseren Leistungsfähigkeit. Diese Idee hilft, die Leistungsfähigkeit des Orientierungsergebnisses durch Kompensieren der Vorbelastungsdrift aufgrund einer Temperaturänderung zu verbessern, wodurch die Sensoren mit Industriequalität durch Sensoren auf der Basis von MEMS (mikroelektromechanisches System) ersetzt werden können. Dies verringert die Kosten des Produkts signifikant. Diese Erfindung schafft eine Software-Lösung eines Mechanismus zur Temperaturkompensation bei der Verwendung mit minimaler Kalibrierungspause während seines normalen Betriebs. Das vorgeschlagene Verfahren führt die meisten Kalibrierungen während der Aufladung von Vorrichtungen durch und verwendet dieses Lernen während normaler Betriebe. Dies ergibt eine bessere Benutzererfahrung, da die Häufigkeit der Kalibrierung geringer ist.Current products use industrial grade sensors for vacuum cleaner robots due to their better performance. This idea helps to improve the performance of the orientation result by compensating for the preload drift due to a temperature change, which allows the industrial grade sensors to be replaced by MEMS (microelectromechanical system) based sensors. This significantly reduces the cost of the product. This invention provides a software solution of a temperature compensation mechanism in use with minimal calibration pause during its normal operation. The proposed method performs most of the calibrations while devices are charging and uses this learning during normal operations. This gives a better user experience because the frequency of calibration is lower.

Der Stand der Technik, US9581466B2 , offenbart Systeme, Verfahren, Einrichtungen und computerlesbare Medien zum Planen einer Ausführung einer Aufgabe wie z. B. einer latenzunempfindlichen Nicht-Echtzeit-Hintergrundaufgabe auf einer Rechenvorrichtung. In einer Implementierung umfasst die Technik das Detektieren eines ersten Zustandes einer Vorrichtung, wobei der erste Zustand der Vorrichtung einem ersten Leistungspegel und einer ersten Aufgabe zugeordnet ist, wobei der erste Leistungspegel zumindest teilweise auf einem Leistungsverbrauch einer ersten Aufgabe basiert, das Bestimmen, dass der erste Leistungspegel, der dem ersten Zustand zugeordnet ist, über einem Schwellenwert liegt, und in Reaktion auf die Bestimmung, dass der erste Leistungspegel, der dem ersten Zustand zugeordnet ist, über dem Schwellenwert liegt, und das Planen einer Ausführung einer zweiten Aufgabe an der Vorrichtung, wobei die zweite Aufgabe dem automatischen Sammeln von Kalibrierungsdaten unter Verwendung mindestens eines Sensors zugeordnet ist.the state of the art, US9581466B2 US 5,000,000 discloses systems, methods, devices, and computer-readable media for scheduling execution of a task such as e.g. B. a latency-insensitive non-real-time background task on a computing device. In one implementation, the technique includes detecting a first state of a device, the first state of the device being associated with a first power level and a first task, the first power level being based at least in part on a power consumption of a first task, determining that the first Power level associated with the first state is above a threshold and in response to determining that the first power level associated with the first state is above the threshold and scheduling execution of a second task at the device, wherein the second task is associated with automatically collecting calibration data using at least one sensor.

Figurenlistecharacter list

Verschiedene Arten der Erfindung werden in der Beschreibung im Einzelnen offenbart und in den begleitenden Zeichnungen dargestellt:

  • 1 stellt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung, die mit einem Gyroskop verbunden ist, zum Bestimmen eines Temperaturkompensationsversatzwerts eines Gyroskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar;
  • 2 stellt einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Bestimmen eines Temperaturkompensationsversatzwerts im Gyroskop gemäß der vorliegenden Erfindung dar; und
  • 3 stellt einen Graphen für Gyroskopversatzwerte dar, die eine Hysteresebeziehung aufzeigen, wenn Temperaturwerte variieren.
Various modes of the invention are disclosed in detail in the description and illustrated in the accompanying drawings:
  • 1 12 illustrates a block diagram of an apparatus, coupled to a gyroscope, for determining a temperature compensation offset value of a gyroscope, according to an embodiment of the invention;
  • 2 Figure 12 illustrates a flow chart of a method for determining a temperature compensation offset value in the gyroscope in accordance with the present invention; and
  • 3 Figure 12 presents a graph of gyroscope offset values showing a hysteresis relationship as temperature values vary.

Ausführliche Beschreibung der AusführungsformenDetailed description of the embodiments

1 stellt eine Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines temperaturkompensierten Versatzwerts eines Gyroskops 102 dar. Das Gyroskop 102 ist mit der Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbunden. In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung 100 aus einer Gruppe von Vorrichtungen ausgewählt sein, die einen Staubsauger, einen Rasenmäher, einen Roboterarm und dergleichen umfasst. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuereinheit 110 und ein Erfassungsmodul 104, um eine Temperatur des Gyroskops 102 zu detektieren. Jede Komponente wird nachstehend genauer beschrieben. 1 10 illustrates an apparatus 100 for determining a temperature-compensated offset value of a gyroscope 102. The gyroscope 102 is coupled to the apparatus 100 according to an embodiment of the invention. In one embodiment, device 100 may be one of a group of devices be selected to include a vacuum cleaner, a lawnmower, a robotic arm, and the like. The device 100 further includes a control unit 110 and a detection module 104 to detect a temperature of the gyroscope 102 . Each component is described in more detail below.

Die Steuereinheit 110 umfasst ferner ein Kalibrierungsmodul 106, ein TCO-Schätzmodul 108 und eine Vorbelastungsschätzeinrichtung 112.The control unit 110 further includes a calibration module 106, a TCO estimation module 108 and a preload estimator 112.

Das Kalibrierungsmodul 106 ist dazu konfiguriert, Daten vom Erfassungsmodul 104 und Gyroskop 102 zu erfassen und zu verarbeiten. Das Kalibrierungsmodul 106 ist ferner dazu konfiguriert, einen Gyroskopversatzwert unter Verwendung eines in der Varianz begrenzten Mittelungsverfahrens aus den erfassten Gyroskopsensordaten zu berechnen. Das Kalibrierungsmodul 106 wird bei der Detektion eines stationären Zustandes der Vorrichtung 100 ausgelöst. Hier ist der stationäre Zustand der Zustand, wenn sich die Vorrichtung 100 nicht in Bewegung befindet. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Zustand der Vorrichtung 100 durch Überwachen der 3-Achsen-Gyroskopnorm identifiziert werden, wie durch Gleichung 3 beschrieben, wenn die Gyroskopnorm unterhalb eines vordefinierten Schwellenwerts (z. B. 1 dps) für eine kontinuierliche vordefinierte Zeitdauer (beispielsweise 0,5 Sekunden) liegt. n o M o t i o n F l a g k = 1,   f a l l s   g n o r m < g t h r e   f u ¨ r   a l l e   v o r h e r i g e n   Z e i t s c h r i t t e   k   d e r   D a u e r   T t h

Figure DE102022204010A1_0001
wobei g n o r m k = g x 2 + g y 2 + g z 2
Figure DE102022204010A1_0002

  • gthre = Gyronormschwellenwert für keine Bewegung
  • TTh = Minimale Zeitgrenze ohne Bewegung
The calibration module 106 is configured to acquire and process data from the acquisition module 104 and gyroscope 102 . The calibration module 106 is further configured to calculate a gyro offset value from the captured gyro sensor data using a variance-limited averaging method. The calibration module 106 is triggered upon detection of a steady state of the device 100 . Here, the steady state is the state when the device 100 is not in motion. In an exemplary embodiment, the state of device 100 may be identified by monitoring the 3-axis gyroscope norm, as described by Equation 3, when the gyroscope norm is below a predefined threshold (e.g., 1 dps) for a continuous predefined period of time (e.g., 0 .5 seconds). n O M O t i O n f l a G k = 1, f a l l s G n O right m < G t H right e f and ¨ right a l l e v O right H e right i G e n Z e i t s c H right i t t e k i.e e right D a and e right T t H
Figure DE102022204010A1_0001
whereby G n O right m k = G x 2 + G y 2 + G e.g 2
Figure DE102022204010A1_0002
  • g thre = gyronorm threshold for no movement
  • T Th = Minimum time limit without motion

Ferner ist das Kalibrierungsmodul 106 dazu konfiguriert, die Vorbelastung durch Mitteln der Gyroabtastwerte zu berechnen, die eine Varianz von weniger als einem Schwellenwert aufweisen (in Gleichung 1 gezeigt). In einer Ausführungsform ist das Kalibrierungsmodul dazu konfiguriert, ein Vertrauensniveau durch Überwachen der Zeitdauer des stationären Zustandes der Vorrichtung 100 zu berechnen, wie in Gleichung 2 beschrieben. V o r b e l a s t u n g = 1 N i = 1 N w a v g , w a v g V t h r e

Figure DE102022204010A1_0003
V o r b e l a s t u n g s v e r t r a u e n ,   R = P 1 * t b + P 2 * t b 2
Figure DE102022204010A1_0004
Further, the calibration module 106 is configured to calculate the bias by averaging the gyro samples that have a variance less than a threshold (shown in Equation 1). In one embodiment, the calibration module is configured to calculate a confidence level by monitoring the steady state time of the device 100 as described in Equation 2 . V O right b e l a s t and n G = 1 N i = 1 N w a v G , w a v G V t H right e
Figure DE102022204010A1_0003
V O right b e l a s t and n G s v e right t right a and e n , R = P 1 * t b + P 2 * t b 2
Figure DE102022204010A1_0004

Hier gilt

  • Wvar = Varianz von Gyroskopsensordatenabtastwerten von 0,5 Sekunden
  • Vthre = Schwellenwert für die Varianzbegrenzung
  • N = 0,5 * fs * tb
  • fs = Abtastintervall
  • tb = Vorbelastungsdauer in Sekunden
  • p1, p2 = Koeffizient des Vorbelastungsvertrauens, abgeleitet durch Simulationsexperiment
applies here
  • W var = variance of 0.5 second gyroscope sensor data samples
  • V thre = variance limit threshold
  • N = 0.5 * fs * tb
  • f s = sampling interval
  • t b = preload duration in seconds
  • p 1 , p 2 = coefficient of preload confidence derived by simulation experiment

Das TCO-Schätzmodul 108 ist dazu konfiguriert, den Temperaturkompensationsversatzfaktor (TCO-Faktor) unter Verwendung eines ersten Kalman-Filters zu schätzen. Das TCO-Schätzmodul 108 wird bei der Detektion einer Temperaturänderung und eines hohen Vorbelastungsvertrauens der Vorrichtung 100 ausgelöst.The TCO estimation module 108 is configured to estimate the temperature compensation offset (TCO) factor using a first Kalman filter. The TCO estimation module 108 is triggered upon detection of a temperature change and a high preload confidence of the device 100 .

In einer Ausführungsform ist das TCO-Schätzmodul 108 ferner dazu konfiguriert, eine Tabelle von Gyroskopversatzwerten für verschiedene Temperaturwerte zu unterhalten. Wenn eine Temperaturänderung besteht und dies nicht in der Tabelle aufgelistet ist, aktualisiert das TCO-Schätzmodul 108 in dieser Ausführungsform die Tabelle und schätzt den neuen TCO-Faktor. Basismodelle hinter dem Kalman-Filter sind durch die Gleichung 4 definiert. Die Modellgleichung ist wie folgt M o d e l l b T 2 = b T 1 + t c o * Δ T Z u s t a n d x k = [ b x t c o x b y t c o y b z t c o z ] T M e s s v e k t o r z k = [ b x b y b z ] T M e s s m o d e l l H = [ 1 Δ T 0 0 0 0 0 0 1 Δ T 0 0 0 0 0 0 1 Δ T ] Z u s t a n d s u ¨ b e r g a n g s m o d e l l A = I S t e u e r e i n g a b e u k = 0,   k e i n e   S t e u e r e i n g a b e S t e u e r m o d e l l B = 1 }

Figure DE102022204010A1_0005
In one embodiment, the TCO estimation module 108 is further configured to maintain a table of gyroscope offset values for various temperature values. In this embodiment, if there is a temperature change and it is not listed in the table, the TCO estimation module 108 updates the table and estimates the new TCO factor. Basis models behind the Kalman filter are defined by Equation 4. The model equation is as follows M O i.e e l l b T 2 = b T 1 + t c O * Δ T Z and s t a n i.e x k = [ b x t c O x b y t c O y b e.g t c O e.g ] T M e s s v e k t O right e.g k = [ b x b y b e.g ] T M e s s m O i.e e l l H = [ 1 Δ T 0 0 0 0 0 0 1 Δ T 0 0 0 0 0 0 1 Δ T ] Z and s t a n i.e s and ¨ b e right G a n G s m O i.e e l l A = I S t e and e right e i n G a b e and k = 0, k e i n e S t e and e right e i n G a b e S t e and e right m O i.e e l l B = 1 }
Figure DE102022204010A1_0005

Hier

  • b = Vorbelastung
  • tco = von der Temperatur abhängiger Koeffizient
  • ΔT = Temperaturänderung
  • I = Einheitsmatrix
here
  • b = preload
  • tco = temperature dependent coefficient
  • ΔT = temperature change
  • I = identity matrix

In einer Ausführungsform ist die Abhängigkeit zwischen der Temperatur und der Gyroskopvorbelastung stückweise linear und dies wird auf der Basis des Simulationsexperiments unter Verwendung von 180 Sensorabtastwerten erreicht. Während der Initialisierung läuft das TCO-Schätzmodul 108 für alle Punkte in der Versatz-Temperatur-Tabelle. Außerdem läuft das TCO-Schätzmodul 108 für irgendeine neue Eintragshinzufügung zur die Tabelle erneut. Dies kann auch durch Speichern und Abrufen der Temperaturtabelle über den Leistungszyklus optimiert werden.In one embodiment, the relationship between temperature and gyro bias is piecewise linear and this is achieved based on the simulation experiment using 180 sensor samples. During initialization, the TCO estimation module 108 runs for all points in the offset temperature table. In addition, the TCO estimation module 108 reruns for any new entry addition to the table. This can also be optimized by storing and recalling the temperature table over the power cycle.

Die Vorbelastungsschätzeinrichtung (112) ist dazu konfiguriert, einen temperaturkompensierten Gyroskopversatzwert durch Kombinieren eines geschätzten vorhergesagten TCO-Versatz- und Gyroskopversatzwerts unter Verwendung eines zweiten Kalman-Filters zu berechnen.The bias estimator (112) is configured to calculate a temperature compensated gyro offset value by combining an estimated predicted TCO offset and gyro offset value using a second Kalman filter.

Im Allgemeinen sind Kalman-Filterverfahren auf dem Fachgebiet gut bekannt. Das Prinzip der Arbeit und Implementierung des Kalman-Filterverfahrens gemäß dieser Offenbarung besteht darin, dass während des iterativen Kalman-Filterverfahrens der gemessene Wert des Parameters erneut in jeder Iteration empfangen wird. Im Betrieb des Kalman-Filters werden eine anfängliche Kovarianzmatrix und der anfängliche Zustand der Vorrichtung 100 von Offline-Messexperimenten empfangen, die im Laboraufbau während der Herstellung des Erfassungsmoduls 104 ausgeführt werden. Unter Verwendung von Temperaturänderungswerten und der gemessenen Vorbelastung schätzt das Kalman-Filter den TCO des Gyroskops 102. Das anzupassende Grundmodell im Kalman-Filter verwendet zwei unterschiedliche Sätze von Schritten, der erste ist ein Vorhersageschritt und der zweite ist ein Korrekturschritt. In einer beispielhaften Ausführungsform werden Gleichungssätze für sowohl den Vorhersageschritt als auch den Korrekturschritt in jedem k-ten Zustand angewendet. Der Vorhersageschritt wird durchgeführt, wenn eine Änderung der Temperatur beobachtet wird. Für die Vorhersage, wenn die Temperaturänderung empfangen wird, projiziert das Kalman-Filter den Zustand vorwärts gemäß der nachstehenden Gleichung: P k = A P k 1 A T + Q

Figure DE102022204010A1_0006
In general, Kalman filtering methods are well known in the art. The principle of the working and implementation of the Kalman filtering method according to this disclosure is that during the iterative Kalman filtering method the measured value of the parameter is received again in each iteration. In operation of the Kalman filter, an initial covariance matrix and the initial state of the device 100 are received from off-line measurement experiments performed in the laboratory setup during the manufacture of the detection module 104 . Using temperature change values and the measured preload, the Kalman filter estimates the TCO of the gyroscope 102. The basic model to be fitted in the Kalman filter uses two different sets of steps, the first is a prediction step and the second is a correction step. In an exemplary embodiment, sets of equations for both the prediction step and the correction step are applied in every kth state. The prediction step is performed when a change in temperature is observed. To predict when the temperature change is received, the Kalman filter forward projects the state according to the equation below: P k = A P k 1 A T + Q
Figure DE102022204010A1_0006

Ebenso projiziert in dieser Ausführungsform das Kalman-Filter in diesem Vorhersageschritt die Fehlerkovarianz der Zeit voraus gemäß der nachstehenden Gleichung: K k = P k H T ( H   P k H T + R ) 1

Figure DE102022204010A1_0007
Also in this embodiment, the Kalman filter in this prediction step projects the error covariance ahead of time according to the following equation: K k = P k H T ( H P k H T + R ) 1
Figure DE102022204010A1_0007

Der Korrekturschritt des Kalman-Filters ist ein Messaktualisierungsschritt, in diesem Schritt berechnet das Kalman-Filter die Kalman-Verstärkung, wie nachstehend erläutert: x ^ z k k = x ^ k + K k ( z k H x ^ k )

Figure DE102022204010A1_0008
The Kalman filter correction step is a measurement update step, in this step the Kalman filter calculates the Kalman gain as explained below: x ^ e.g k k = x ^ k + K k ( e.g k H x ^ k )
Figure DE102022204010A1_0008

Ferner schätzt das Kalman-Filter unter Verwendung der Kalman-Verstärkung die Messung und aktualisiert sie demensprechend gemäß der nachstehenden Gleichung: P ' k = ( 1 K k H ) P k

Figure DE102022204010A1_0009
Further, using the Kalman gain, the Kalman filter estimates the measurement and updates it accordingly according to the following equation: P ' k = ( 1 K k H ) P k
Figure DE102022204010A1_0009

Ferner berechnet im Korrekturschritt das Kalman-Filter die Fehlerkovarianz gemäß der Gleichung: x k ˜ = A x k 1 ˜ + B u k

Figure DE102022204010A1_0010
Furthermore, in the correction step, the Kalman filter calculates the error covariance according to the equation: x k ˜ = A x k 1 ˜ + B and k
Figure DE102022204010A1_0010

Hier gilt

  • x = die vorherige Schätzung, die sozusagen die grobe Schätzung vor der Messaktualisierungskorrektur bedeutet
  • Pk = die vorherige Fehlerkovarianz
  • Xk = die Schätzung von x zur Zeit k
  • Kk = Kalman-Verstärkung
applies here
  • x = the previous estimate, which means, so to speak, the rough estimate before the measurement update correction
  • P k = the previous error covariance
  • X k = the estimate of x at time k
  • K k = Kalman gain

Wenn eine Temperaturänderung besteht, wird die Gyrovorbelastung auf der Basis des TCO vom TCO-Schätzmodul 108 geschätzt. Eine geringere Vertrauensvorbelastung von der Versatzschätzeinrichtung wird hier auch verwendet, um eine bessere Gyrovorbelastung zu schätzen.If there is a temperature change, the TCO estimation module 108 estimates the gyro bias based on the TCO. A lower confidence bias from the offset estimator is also used here to estimate a better gyro bias.

Das für die Kalman-Filtervorhersage- und Kalman-Filterkorrekturschritte verwendete Grundmodell kann als folgende Gleichung detailliert dargestellt werden: M o d e l l b T 2 = b T 1 + t c o * Δ T Z u s t a n d x k = [ b x . b y , b z ] T S t e u e r i n g a b e u k = Δ T S t e u e r m o d e l l B = t c o v o n   d e r   T C O S c h a ¨ t z e i n r i c h t u n g M e s s v e k t o r z k = [ b x b y b z ] T Z u s t a n d s u ¨ b e r g a n g s m o d e l l A = I M e s s m o d e l l H = I }

Figure DE102022204010A1_0011
The basic model used for the Kalman filter prediction and Kalman filter correction steps can be detailed as the following equation: M O i.e e l l b T 2 = b T 1 + t c O * Δ T Z and s t a n i.e x k = [ b x . b y , b e.g ] T S t e and e right i n G a b e and k = Δ T S t e and e right m O i.e e l l B = t c O v O n i.e e right T C O S c H a ¨ t e.g e i n right i c H t and n G M e s s v e k t O right e.g k = [ b x b y b e.g ] T Z and s t a n i.e s and ¨ b e right G a n G s m O i.e e l l A = I M e s s m O i.e e l l H = I }
Figure DE102022204010A1_0011

Hier gilt

  • b = Vorbelastung
  • tco = von der Temperatur abhängiger Koeffizient
  • ΔT = Temperaturänderung
  • I = Einheitsmatrix
applies here
  • b = preload
  • tco = temperature dependent coefficient
  • ΔT = temperature change
  • I = identity matrix

Das erste und das zweite Kalman-Filter sind dazu konfiguriert, einen anfänglichen Wert des Zustandes und die Kovarianzmatrix davon durch Durchführen einer Sensorcharakterisierung auszuwählen. Das Kalman-Filter verwendet vorherige Werte in Messaktualisierungsgleichungen (Korrekturschritt).The first and second Kalman filters are configured to select an initial value of the state and the covariance matrix thereof by performing sensor characterization. The Kalman filter uses previous values in measurement update equations (correction step).

In einer Ausführungsform folgen Versatzwerte für das Gyroskop 102 einer stückweise linearen Beziehung mit der Temperatur. Im Allgemeinen ist eine stückweise lineare Schätzung eine Technik zum Erzeugen einer Funktion, die eine nicht-lineare Zielfunkton durch Hinzufügen von zusätzlichen binären Variablen, kontinuierlichen Variablen und Einschränkungen anpasst, um das ursprüngliche Problem umzuformulieren. Ferner zeigen in dieser Ausführungsform die Gyroskopversatzwerte eine Hysteresebeziehung auf, wenn Temperaturwerte zunehmen (d. h. Anstiege) und abnehmen (d. h. Absenkung) (wie in 3 gezeigt). In solchen Situationen von variierenden Temperaturwerten des Gyroskops werden Kalman-Filter verwendet, um die TCO- und Gyroversatzwerte zu schätzen.In one embodiment, offset values for gyroscope 102 follow a piecewise linear relationship with temperature. In general, piecewise linear estimation is a technique for generating a function that adapts a nonlinear objective function by adding additional binary variables, continuous variables, and constraints to reformulate the original problem. Further, in this embodiment, the gyroscope offset values exhibit a hysteresis relationship as temperature values increase (ie, rise) and decrease (ie, sink) (as in 3 shown). In such situations of varying gyroscope temperature values, Kalman filters are used to estimate the TCO and gyro offset values.

Im Betrieb zeigt die Vorbelastung des Gyroskops 102 eine Hysteresebeziehung mit Bezug auf die Gyroskoptemperaturvariation auf. In dieser Ausführungsform unterhält die Steuereinheit 110 zwei separate Tabellen für die Gyroskopvorbelastung, die jedem überwachten Temperaturwert entspricht. Hier werden Temperaturwerte durch das Erfassungsmodul 104 bereitgestellt. Diese zwei Tabellen werden jeweils für die Aufwärtsrichtung und Abwärtsrichtung der Variation der Temperaturwerte unterhalten. Im Kalibrator wird die Richtung der Temperaturbewegung überwacht und jeweilige Tabellenwerte werden im ersten Kalman-Filter und zweiten Kalman-Filter aktualisiert/verwendet.In operation, the preload of the gyroscope 102 exhibits a hysteresis relationship with respect to gyroscope temperature variation. In this embodiment, the control unit 110 maintains two separate ones Tables for the gyroscope bias corresponding to each monitored temperature value. Here temperature values are provided by the acquisition module 104 . These two tables are maintained for the upward direction and downward direction of variation in temperature values, respectively. In the calibrator, the direction of temperature movement is monitored and respective table values are updated/used in the first Kalman filter and second Kalman filter.

2 stellt einen Ablaufplan eines Verfahrens 200 zum Bestimmen eines Kompensationsversatzwerts im Gyroskop 102 der Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In Schritt 201 werden Daten vom Gyroskop 102 und Erfassungsmodul 104 erfasst und vorverarbeitet. Die Vorrichtung 100 wird für eine erste vordefinierte Menge an Zeit gestoppt, wenn die Vorrichtung 100 eingeschaltet wird, und ein erstes Signal wird vom Gyroskop 102 während des stationären Zustandes der Vorrichtung empfangen. In Schritt 202 wird der Gyroskopversatzwert unter Verwendung eines in der Varianz begrenzten Mittelungsverfahrens aus den erfassten Daten in Schritt 201 berechnet. in Schritt 203 wird der Temperaturkompensationsversatzfaktor (TCO-Faktor) unter Verwendung des ersten Kalman-Filters geschätzt. In Schritt 204 wird der temperaturkompensierte Gyroskopversatzwert durch Kombinieren des geschätzten vorhergesagten TCO-Versatzes in Schritt 203 und des Gyroskopversatzwerts in Schritt 202 unter Verwendung eines zweiten Kalman-Filters berechnet. Die Vorrichtung 100 überwacht den Prozess kontinuierlich und das Verfahren startet ab 201 und läuft in einer Schleife. 2 12 illustrates a flowchart of a method 200 for determining a compensation offset value in gyroscope 102 of device 100 in accordance with the present invention. In step 201, data from gyroscope 102 and acquisition module 104 is acquired and pre-processed. The device 100 is stopped for a first predefined amount of time when the device 100 is powered on, and a first signal is received by the gyroscope 102 during the steady state of the device. In step 202, the gyroscope offset value is calculated from the acquired data in step 201 using a variance-limited averaging method. in step 203 the temperature compensation offset factor (TCO factor) is estimated using the first Kalman filter. In step 204, the temperature compensated gyro offset value is calculated by combining the estimated predicted TCO offset in step 203 and the gyro offset value in step 202 using a second Kalman filter. The device 100 continuously monitors the process and the method starts from 201 and runs in a loop.

Es sollte selbstverständlich sein, dass die in der obigen Beschreibung erläuterten Ausführungsformen nur erläuternd sind und den Schutzbereich dieser Erfindung nicht begrenzen. Viele solche Ausführungsformen und andere Modifikationen und Änderungen in der in der Beschreibung erläuterten Ausführungsform werden in Betracht gezogen. Der Schutzbereich der Erfindung ist nur durch den Schutzbereich der Ansprüche begrenzt.It should be understood that the embodiments set forth in the above specification are illustrative only and do not limit the scope of this invention. Many such embodiments and other modifications and changes in the embodiment described in the specification are contemplated. The scope of the invention is only limited by the scope of the claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 9581466 B2 [0004]US 9581466 B2 [0004]

Claims (9)

Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines temperaturkompensierten Versatzwerts in einem Gyroskop (102) der Vorrichtung (100), wobei die Vorrichtung (100) eine Steuereinheit (110) und ein Erfassungsmodul (104), um eine Temperatur des Gyroskops (102) zu detektieren, umfasst, wobei die Steuereinheit (110) umfasst: - ein Kalibrierungsmodul (106), das dazu konfiguriert ist, Daten von dem Erfassungsmodul (104) und Gyroskop (102) zu erfassen und zu verarbeiten, wobei das Kalibrierungsmodul (106) ferner dazu konfiguriert ist, einen Gyroskopversatzwert unter Verwendung eines in der Varianz begrenzten Mittelungsverfahrens aus den erfassten Gyroskopsensordaten zu berechnen; dadurch gekennzeichnet, dass - das TCO-Schätzmodul (108) dazu konfiguriert ist, einen Temperaturkompensationsversatzfaktor (TCO-Faktor) unter Verwendung eines ersten Kalman-Filters zu schätzen; - die Vorbelastungsschätzeinrichtung (112) dazu konfiguriert ist, einen temperaturkompensierten Gyroskopversatzwert durch Kombinieren des geschätzten vorhergesagten TCO-Versatz- und Gyroskopversatzwerts unter Verwendung eines zweiten Kalman-Filters zu berechnen.Device (100) for determining a temperature-compensated offset value in a gyroscope (102) of the device (100), the device (100) having a control unit (110) and a detection module (104) for detecting a temperature of the gyroscope (102), wherein the control unit (110) comprises: - a calibration module (106) configured to acquire and process data from the acquisition module (104) and gyroscope (102), the calibration module (106) being further configured to do so to calculate a gyroscope offset value using a variance-limited averaging method from the acquired gyroscope sensor data; characterized in that - the TCO estimation module (108) is configured to estimate a temperature compensation (TCO) offset factor using a first Kalman filter; - the bias estimator (112) is configured to calculate a temperature compensated gyro offset value by combining the estimated predicted TCO offset and gyro offset values using a second Kalman filter. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) aus einer Gruppe von Vorrichtungen ausgewählt ist, die einen Staubsauger, einen Rasenmäher, einen Roboterarm und dergleichen umfasst.Device (100) according to claim 1 wherein the device (100) is selected from a group of devices comprising a vacuum cleaner, a lawnmower, a robotic arm and the like. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das Kalibrierungsmodul (106) bei der Detektion eines stationären Zustandes der Vorrichtung (100) ausgelöst wird.Device (100) according to claim 1 , wherein the calibration module (106) is triggered upon detection of a steady state of the device (100). Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das Kalibrierungsmodul (106) ferner dazu konfiguriert ist, eine Vorbelastung durch Mitteln von Abtastwerten vom Gyroskop (102) zu berechnen, die eine Varianz von weniger als einem Schwellenwert aufweisen.Device (100) according to claim 1 wherein the calibration module (106) is further configured to calculate a bias by averaging samples from the gyroscope (102) that have a variance of less than a threshold. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Gyroskopversatzwerte eine Hysteresebeziehung aufzeigen, wenn Temperaturwerte zunehmen oder abnehmen.Device (100) according to claim 1 , where the gyroscope offset values exhibit a hysteresis relationship as temperature values increase or decrease. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Kalman-Filter dazu konfiguriert sind, einen anfänglichen Wert des Zustandes und eine Kovarianzmatrix davon durch Durchführen einer Sensorcharakterisierung für beide Kalman-Filter auszuwählen.Device (100) according to claim 1 , wherein the first and second Kalman filters are configured to select an initial value of the state and a covariance matrix thereof by performing sensor characterization for both Kalman filters. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das TCO-Schätzmodul (108) bei der Detektion einer Änderung der Temperatur und eines hohen Vorbelastungsvertrauens der Vorrichtung (100) ausgelöst wird.Device (100) according to claim 1 wherein the TCO estimation module (108) is triggered upon detection of a change in temperature and a high preload confidence of the device (100). Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das TCO-Schätzmodul (108) ferner dazu konfiguriert ist, eine Tabelle von Gyroskopversatzwerten für verschiedene Temperaturwerte zu unterhalten und zu aktualisieren.Device (100) according to claim 1 wherein the TCO estimation module (108) is further configured to maintain and update a table of gyroscope offset values for different temperature values. Computer-implementiertes Verfahren (200) zum Bestimmen eines Temperaturkompensationsversatzwerts in einem Gyroskop (102) einer Vorrichtung (100) mit den Schritten: Erfassen und Vorverarbeiten (201) von Daten vom Erfassungsmodul (104) und Gyroskop (102); Berechnen (202) eines Gyroskopversatzwerts unter Verwendung eines in der Varianz begrenzten Mittelungsverfahrens aus den erfassten Daten in Schritt (201); Schätzen (203) eines Temperaturkompensationsversatzfaktors (TCO-Faktors) unter Verwendung eines ersten Kalman-Filters; und Berechnen (204) eines temperaturkompensierten Gyroskopversatzwerts durch Kombinieren eines geschätzten vorhergesagten TCO-Versatz- und Gyroskopversatzwerts unter Verwendung eines zweiten Kalman-Filters.A computer-implemented method (200) for determining a temperature compensation offset value in a gyroscope (102) of a device (100), comprising the steps of: acquiring and preprocessing (201) data from the acquisition module (104) and gyroscope (102); calculating (202) a gyroscope offset value using a variance-limited averaging method from the acquired data in step (201); estimating (203) a temperature compensation (TCO) offset factor using a first Kalman filter; and calculating (204) a temperature compensated gyro offset value by combining an estimated predicted TCO offset and gyro offset value using a second Kalman filter.
DE102022204010.4A 2021-04-29 2022-04-26 System and method for determining a temperature compensation offset value in a gyroscope of a device Pending DE102022204010A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN202141019723 2021-04-29
IN202141019723 2021-04-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022204010A1 true DE102022204010A1 (en) 2022-11-03

Family

ID=83600800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022204010.4A Pending DE102022204010A1 (en) 2021-04-29 2022-04-26 System and method for determining a temperature compensation offset value in a gyroscope of a device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022204010A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115655318A (en) * 2022-12-26 2023-01-31 西安航天精密机电研究所 Method for detecting two-floating gyroscope based on float hysteresis curve

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9581466B2 (en) 2011-11-11 2017-02-28 Qualcomm Incorporated Sensor auto-calibration

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9581466B2 (en) 2011-11-11 2017-02-28 Qualcomm Incorporated Sensor auto-calibration

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115655318A (en) * 2022-12-26 2023-01-31 西安航天精密机电研究所 Method for detecting two-floating gyroscope based on float hysteresis curve

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016220097B4 (en) Determination of a position of a movable part of a coordinate measuring machine
DE10056969A1 (en) Determining battery charge involves computing charge in first range of operation on basis of model computation in which measured and computed battery voltages are equalized by feedback
DE102012106771A1 (en) CONTROLLER FOR ELECTRIC MOTOR, COMPREHENSIVE A FUNCTION FOR SIMULTANEOUSLY ESTIMATING INERTIA, FRICTION AND SPRING CONSTANT
DE112013007130B4 (en) Frequency response measurement device
DE114404T1 (en) MAGNETIC PROBE FOR MONITORING AND CONTROL.
DE102012104358A1 (en) Method and system for quadrature error compensation
DE102014220913B4 (en) Method and device for determining a change in resistance of an energy storage device and vehicle
DE102016117944A1 (en) Servo control system with function for measuring a property of a learning controller
DE112019006789T5 (en) WORK DETERMINATION DEVICE AND WORK DETERMINATION PROCEDURE
DE102019108804A1 (en) ROBOT SYSTEM FOR CARRYING OUT LEARNING CONTROL USING MOTOR AND SENSOR
DE102019101184A1 (en) Fault diagnosis system
DE102022204010A1 (en) System and method for determining a temperature compensation offset value in a gyroscope of a device
DE102021202134A1 (en) Method for determining, measuring and / or monitoring properties of a sensor system
DE102019103742A1 (en) Method for determining a kink angle
EP3435102A1 (en) Method and device for detecting battery cell states and battery cell parameters
EP3625575A1 (en) Calibration of vehicle sensors
DE102015225250A1 (en) Method and device for determining a gas mass flow in an internal combustion engine
DE102007062335B4 (en) Method and device for determining measured values from a time-dependent course
EP1879288B1 (en) Rotation angle determination for an electric motor
DE2600023C2 (en) Device for determining the standard deviation of measured values of an object feature from a target value
WO2015185348A1 (en) Method for estimating an electrical capacitance of a secondary battery
DE112020003659T5 (en) METHOD FOR DIAGNOSIS OF ANOMALIES, DEVICE FOR DIAGNOSIS OF ANOMALIES, AND PROGRAM FOR DIAGNOSIS OF ANOMALIES
DE102005004568A1 (en) Calibrated sensor`s measured value observing method for Kalman filter, involves comparing associated and estimated matrixes and rejecting value when comparison does not result in improvement of quality of estimated value of system vector
DE102019211800A1 (en) Method and device for determining the speed and the angle of rotation of a motor shaft of a mechanically commutated direct current motor
DE102021212817B4 (en) Repeated position determination of a moving part of a coordinate measuring machine

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: BEE, JOACHIM, DIPL.-ING., DE