Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

How camera temperature may affect marker visibility in motion capture systems: a case study

Retinger Marek, Michalski Jacek, Kozierski Piotr, Mrotek Mikołaj

Przegląd Elektrotechniczny

|

2025

|

R. 101, nr 4

183--188

EN

“Please warm up the system to the operating temperature before use. The temperature may affect the measurement” – this simple statement cannot be simply explained. Manufacturers of motion capture systems warn users that temperature may affect the test, but they do not describe how. This is crucial if repeatable and comparable tests are to be performed in a reliable way. This paper is the result of experience gained from thousands of tests that should have been repeatable, but not always were. The authors try to answer not only if the camera temperature affects the system, but how it affects the system. For this purpose several different scenarios have been considered, including warming up and cooling down the cameras, and gathering data related to the visibility of the markers and how their area changes. As a result, except valuable conclusions, the simple software dedicated to the OptiTrack motion capture system has been implemented and presented. Since it is often not possible to control the camera temperature at a high level, the program should be treated as an auxiliary tool.

PL

„Przed użyciem proszę rozgrzać system do temperatury roboczej. Temperatura może mieć wpływ na dokładność pomiarów” – to proste sformułowanie nie może być w prosty sposób wytłumaczone. Producenci systemów przechwytywania ruchu informują użytkowników, że temperatura kamer może mieć wpływ na testy, jednak nie wyjaśniają w jaki sposób. Ta informacja jest kluczowa w kontekście wykonywania powtarzalnych i porównywalnych testów. Artykuł ten stanowi podsumowanie doświadczeń zebranych na przestrzeni tysięcy testów, których wyniki w założeniach miały być porównywalne, jednak nie zawsze takie były. Autorzy podejmują próbę odpowiedzi nie tylko na pytanie czy temperatura faktycznie ma wpływ na działanie systemu, ale w jaki sposób na niego wpływa. W tym celu rozważono kilka różnych scenariuszy, w tym przeanalizowano proces nagrzewania kamer, chłodzenia kamer i zebrano dane odnoszące się do widoczności markerów oraz zmian ich pola powierzchni. Jako efekt końcowy, oprócz wartościowych wniosków, zaproponowano proste rozwiązanie – program dedykowany dla systemu OptiTrack, który wspomaga kontrolę temperatury kamer.

2

Towards backward compatibility of ADRC: revisiting classical state-feedback control with integral compensator

Mrotek Mikołaj, Michalski Jacek, Madonski Rafał, Pazderski Dariusz, Retinger Marek

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2025

|

Vol. 73, nr 2

art. no. e152608

EN

In this paper, the problem of backward compatibility of active disturbance rejection control (ADRC) is investigated. The goal is to contextualize ADRC to deliver its interpretations from the established field of linear control systems. For this study, a control algorithm, denoted here as integral disturbance rejection control (IDRC), is considered that combines classical state-feedback control with an integral compensator. At first, an interpretation of ADRC is involved in terms of existing state-space control approaches. Next, a transition to the frequency domain is performed, which is justified as a significant part of practical control engineering is conducted in that domain. For assumed specific plant structures, both ADRC and IDRC are then holistically compared in terms of transfer function representation and frequency characteristics, as well as steady-state convergence conditions. Such a juxtaposition helps to highlight the similarities and differences of both approaches, whereas the utilized bandwidth parameterization is shown to bring the control system to the same form, thus indicating some interesting practical aspects. Finally, the theoretical results concerning both considered control structures are validated in a set of numerical simulations and experiments conducted on a laboratory hardware testbed.

3

Filtr Kalmana jako alternatywa dla rozszerzonego obserwatora stanu w algorytmie regulacji ADRC

Michalski Jacek, Mrotek Mikołaj, Kozierski Piotr

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2024

|

R. 28, nr 1

31--39

PL

W artykule przedstawiono zmodyfikowany algorytm odpornej regulacji z aktywną kompensacją zaburzeń ADRC z wykorzystaniem filtru Kalmana KF do estymacji rozszerzonego wektora stanu. Filtrem Kalmana zastąpiono używany w podstawowej formie rozszerzony obserwator stanu ESO. Modyfikacja ta pozwoliła na poprawę odporności układu w warunkach działania pomiarowych zakłóceń stochastycznych. Przedstawiono sposób syntezy układu regulacji i doboru nastaw filtru Kalmana zapewniający skuteczność sterowania, a także pokazano ich wpływ na działanie układu. Eksperymenty zostały przeprowadzone na układzie laboratoryjnym z balansującą na stole kulą BBT. Jakość regulacji została oceniona na podstawie przebiegów czasowych oraz całkowych wskaźników jakości, dla różnych konfiguracji nastaw oraz poziomów zaszumienia. W wyniku badań wykazana została przewaga zastosowania filtru Kalmana nad obserwatorem pod kątem wrażliwości na szumy pomiarowe. Zastosowanie filtru Kalmana jako estymatora dla rozszerzonego stanu wykazało pozytywny wpływ na jakość regulacji i zdolność do odrzucania zakłóceń wewnętrznych również w układzie deterministycznym.

EN

The article presents a modified Active Disturbance Rejection Control (ADRC) algorithm that uses the Kalman Filter (KF) for the estimation of extended state vector. The Kalman filter replaced the Extended State Observer (ESO) used in its basic form. The purpose of this modification was to improve the system robustness under conditions of stochastic measurement disturbances. The method of the control system synthesis and the Kalman filter gains selection, ensuring control efficiency, as well as their impact on the system operation, were presented. The experiments were carried out on a laboratory setup - the Ball Balancing Table (BBT). Control quality was assessed based on time plots of signals and integral performance indices for various algorithm gains configurations and different noise levels. As a result of the conducted research, the advantage of using the Kalman filter over the ESO in terms of sensitivity to measurement noises was demonstrated. Implementation of the Kalman filter as the ESO determined a positive impact on control quality and the ability to reject internal disturbance also in a deterministic system.

4

Sterowanie układem lewitacji magnetycznej w warunkach zakłóceń stochastycznych

Mrotek Mikołaj, Szymankiewicz Adrian, Michalski Jacek, Kozierski Piotr

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2022

|

R. 26, nr 3

5--16

PL

W niniejszej pracy przedstawiono możliwość zredukowania wpływu zakłóceń stochastycznych na jakość regulacji dzięki estymacji stanu z wykorzystaniem algorytmu rozszerzonego filtru Kalmana. Przeprowadzono eksperymenty na laboratoryjnym układzie lewitacji magnetycznej firmy Inteco, którego model matematyczny jest nieliniowy. Przyjęto metodę sterowania z użyciem wektora stanu i algorytmem lokowania biegunów dla modelu zlinearyzowanego w wybranym punkcie pracy. Dla różnych poziomów zaszumienia sygnału pomiarowego zbadano działanie układu ze sprzężeniem zwrotnym od stanu mierzonego oraz estymowanego. W celu oceny regulacji, dla obu realizacji sprzężenia dokonano weryfikacji jakości działania algorytmu. Porównano otrzymane przebiegi czasowe każdej zmiennej stanu oraz obliczone, całkowe wskaźniki jakości bazujące na uchybie regulacji. Jakość estymacji oceniono na podstawie wskaźnika błędu średniokwadratowego oraz bazującego na błędach estymat i pomiarów. Syntezy regulatora dokonano na podstawie modelu ciągłego, a następnie wyznaczono jego postać dyskretną w celu numerycznej implementacji algorytmu rozszerzonego filtru Kalmana. Dokonano synchronizacji bloków wykonawczych z wybranym okresem próbkowania. Wyniki przeprowadzonych badań pozwalają wnioskować o przewadze regulacji w układzie, w którym brana jest informacja o wektorze stanu z estymacji, w porównaniu z bezpośrednim sprzężeniem zwrotnym bez filtracji Kalmana.

EN

This paper presents the possibility of reducing impact of stochastic disturbances on the quality of control by implementation of state estimation using the extended Kalman filter algorithm. Experiments were carried out on the Inteco magnetic levitation laboratory system, which mathematical model is nonlinear. A control method with the use of a state vector and a pole placement algorithm was adopted for the model which was linearized at the selected working point. For different levels of noise in the measurement signal, the operation of the system with a feedback from the measured and estimated state was tested. In order to assess the regulation, the quality of the algorithm was verified for both implementations of the feedback. The obtained time plots of each state variable were compared and the calculated integral quality indices, based on the control error, were compared. The quality of the estimation was assessed on the basis of the following mean square error and based on the errors between estimation and measurements indices. The controller was synthesized on thebasis of the continuous model, and then its discrete form was numerically implement as the extender Kalman filter algorithm. The executive blocks were synchronized with the selected sampling period. The results of the performed research allow to conclude about the advantage of control in the system in which the information about the state vector from the estimation is taken, in comparison with the direct feedback without Kalman filtering.