Attitude Estimation and Diagnosis of an Inertial Measurement Unit based on Set-Membership Approach
Estimation d'attitude et diagnostic d'une centrale d'attitude par des outils ensemblistes
Résumé
Attitude estimation is one of the prominent problem encountered in various application areas such as Aerial and submarine robotics, bio-medical applications (elderly people monitoring, rehabilitation) but also, video game and augmented reality. The main objective of this PhD is to assess the capabilities of set-membership estimation in the field of attitude estimation when triaxes accelerometer (A) magnetometer (M) and rate gyros (G) are used. Quasi-static movements are first considered. In this case AM measurements are taken into account. Then the dynamic case is considered with AGM measurement taken into account in the set-membership estimation algorithm. The problem of attitude parametrisation is also studied as it will have a strong influence on the computational time. The algorithms proposed during this work have been validated with simulated and real data. The second part of the report deals with Fault Detection and Isolation based upon set-membership approaches. The algorithms that have been developed in the first part of this work have been adapted to cope with diagnosis of a faulty sensor within the Inertial Measurement Unit.
L'estimation de l'attitude (ou orientation) est un problème récurrent de nombreuses applications allant de la robotique aérienne ou sous-marine en passant par des applications médicales (surveillance de patients, réhabilitation), mais aussi jeux vidéo, etc. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'apport des approches ensemblistes dans le cadre de l'estimation de l'attitude à partir de données issues de triaxes accéléromètres (A), magnétomètres (M) et gyromètres (G). Dans un premier temps, on s'intéresse aux mouvements " quasi-statiques " et l'estimation de l'attitude est réalisée à partir de mesures AM. On aborde ensuite le cas des mouvements dynamiques, en considérant l'ensemble des mesures AGM. Le problème du choix de la paramétrisation de l'attitude a été abordé et on a comparé les résultats obtenus et le temps calcul pour des modélisations avec les angles de Cardan et le quaternion unitaire. Les algorithmes développés ont été validés en simulation et avec des données réelles. Les résultats ont été comparés avec ceux fournis par des algorithmes de l'état de l'art, par exemple SIVIA. La deuxième partie du manuscrit est consacrée à au diagnostic des capteurs de la centrale inertielle avec des approches ensemblistes. Les algorithmes développés dans la première partie du travail sont adaptés afin de pouvoir détecter et localiser un défaut dans l'ensemble des capteurs considérés.