Bộ lọc bổ phụ được sử dụng trong trường hợp khi cĩ hai nguồn giá trị khác nhau trong việc ước lượng một giá trị, và đặc tính nhiễu của hai giá trị chẳng hạn một
nguồn mang lại thơng tin đúng trong vùng tần số thấp trong khi nguồn khác chỉđúng trong vùng tần số cao. Bộ lọc bổ phụ là kết hợp những ngõ ra của độ nghiêng và vận tốc gyro nhằm thu được khả năng ước lượng tốt nhất của sự định hướng, để đền bù cho sự trơi giá trị gyro (drift) và cho đáp ứng chậm của cảm biến đo nghiêng.
Hình 3.6 Sơđồ nguyên lý hoạt động của bộ lọc bổ phụ trên mơ hình con lắc ngược
Ước lượng gĩc được thu nhận là tổng của tín hiệu từ hai nhánh giá trị được biểu diễn ở hình 3.6. Gĩc nghiêng của cảm biến đo nghiêng được đưa vào bộ lọc Gi(s) phân bổ giá trị gĩc nghiêng đểước lượng chỉ trong vùng tần số thấp. Vận tốc gĩc của gyro cung cấp vào bộ lọc Gg(s). Bộ lọc này được thiết kếđể ngõ ra phân bổđến ước lượng chỉ trong vùng tần số cao. Yêu cầu cơ bản của bộ lọc cĩ thểđược tính như sau: 1. Tồn bộ hệ thống cĩ sự khuếch đại là hằng số và phase tổn thất nhỏ nhất
ngay vùng tần số cắt của cảm biến nghiêng.
2. Để giữđộ nhạy offset của gyro là nhỏ nhất, cảm biến nghiêng nên được dùng trong vùng băng thơng tần số rộng nhất cĩ thể.
3. Số lượng tham số thiết kế nên nhỏ để dễ cho sự điều chỉnh và áp dụng bộ lọc trong thực tế của các vi điều khiển.
Hình 3.7 Hệ thống ước lượng sử dụng bộ lọc bổ phụ thơng tần. Tổng ngõ ra của hai nguồn giá trị thu được khả năng ước lượng của sựđịnh hướng
Để sự ước lượng trình bày động học cũng như gĩc thật của hướng, bộ lọc chuyển giao hàm Gi(s) và Gg(s) phải được chọn như sau:
Hi(s)Gi(s) + sHg(s)Gg(s) = 1, ∀s [3-70]
Trong đĩ Hi(s) và Hg(s) biểu thị hàm chuyển giao của độ nghiêng và gyro, mà khơng chú ý đến tất cả khơng tuyến tính. Hai cách chọn lựa cĩ thể thực hiện bây giờ. Một cách tiếp cận để cho cảm biến lý tưởng, nghĩa là:
Hi(s) = Hg(s) = 1 [3-71]
Sự tiếp cận thứ hai để lấy động học được biết của gĩc nghiêng trong cách tính:
1 0.53s 1 (s) Hi + = và Hg(s) = 1 [3-72]
)Thiết kế bộ lọc cho cảm biến lý tưởng:
Nếu cảm biến lý tưởng thu được từ tiêu chuẩn của bộ lọc Gi(s) và Gg(s) do kết hợp phương trình [3-70] và [3-71].
Gi(s) + Gg(s) = 1, ∀s [3-73]
Để giữ số lượng của bộ lọc thiết kế tham số nhỏ thì chọn bộ lọc bậc hai với cực
đơi. 2 1) (ττ 1 2ττ Gi(s) + + = [3-74] 2 2 1) (ττ s τ Gi(s) + = [3-75]
Bộ lọc Gi(s) phương trình [3-74], lọc tín hiệu vào từ gĩc nghiêng là bộ lọc thấp bậc nhất trong dãy bộ lọc mắc nối tiếp, nơi mà nhánh của gyro là bộ lọc cao bậc hai, với độ lợi gĩc là -40dB. 2τs trong tử số trong [3-74] cĩ thể chuyển thành tử số trong [3-75], do xuất hiện 2τ. Đây là kết quả cho bộ lọc hữu ích, nghĩa là bộ lọc thấp bậc hai cho nhánh độ nghiêng và bộ lọc cao bậc nhất cho nhánh gyro. Bộ lọc cao bậc hai cung cấp sự tiếp hợp tín hiệu vận tốc gyro.
cho cảm biến lý tưởng của bộ lọc bổ phụ