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

Porównanie metod sterowania adaptacyjnego dla stołu balansującego kulą

Czajka Marcin Mateusz, Kubacka Daria, Michalski Jacek, Bączyk Robert, Kozierski Piotr

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2024

|

R. 28, nr 3

73--82

PL

Celem artykułu jest przedstawienie i porównanie działania dwóch algorytmów sterowania adaptacyjnego: z identyfikacją parametrów modelu MIAC (Model Identification Adaptive Control) oraz z modelem odniesienia MRAC (Model Reference Adaptive Control). Zaproponowano modyfikacje, które w szczególnych przypadkach mogą poprawić jakość regulacji. Wykorzystano stanowisko laboratoryjne stołu balansującego kulą BBT (ball balancing table), które jest przykładem systemu „kula na blacie”. Problematyka balansowania takiego systemu może mieć istotne znaczenie w kontekście prac nad stabilizacją łodzi lub drona. W artykule przedstawiono nieliniowy model obiektu oraz jego liniowe przybliżenie w otoczeniu punktu pracy, a także opisano proces identyfikacji parametrów z użyciem rekursywnej metody najmniejszych kwadratów RLS (Recursive Least Square). W ramach analizy porównawczej dokonano oceny zastosowanych algorytmów regulacji, MIAC i MRAC, podczas stanów przejściowych oraz w stanie ustalonym. W celu analizy porównawczej wykorzystano wskaźniki jakości, takie jak koszt sterowania i całkowy wskaźnik z wartości bezwzględnej uchybu. W wynikach badań pokazano możliwości zarówno pośredniej, jak i bezpośredniej adaptacji nastaw regulatora, w zależności od wykorzystanej metody. Zostały wykazane zalety porównywanych algorytmów oraz ich modyfikacje pozwalające poprawić działanie układu w szczególnych przypadkach. Zastosowane metody adaptacyjne pozwoliły uodpornić układ na błędy modelowania (brak znajomości parametrów) czy inne wewnętrzne zaburzenia.

EN

The purpose of this paper is to present and compare adaptive control algorithms: Model Identification Adaptive Control (MIAC) and Model Reference Adaptive Control (MRAC), with their modifications that allow to improve quality of control in specific cases. The ball balancing (BBT) table physical stand, which is an example of a ball on plate system, was used, and the balancing problem that occurs could potentially lead to work on stabilizing a boat or a drone. This paper presents a non-linear model of the object and its linear approximation in the vicinity of the operating point, additionally demonstrating the process of parameters identification with the Recursive Least Square (RLS) method. The quality of the adaptive control algorithms was compared during transients and in steady state. The research showed the possibilities of both indirect and direct adaptation of the controller parameters, depending on the selected method. Quality indices, such as the cost of control and the integral of absolute error, were utilized for the comparative analysis. The advantages of the compared algorithms and their modifications, that can enhance the system performance in special cases, were also demonstrated. The tested adaptive control algorithms made the system robust to modeling errors (lack of knowledge of parameters) or other internal disturbances.

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.

5

Algorytm regulacji odpornej ADRC - dobór nastaw i sposób dyskretnej implementacji

Michalski Jacek, Retinger Marek, Kozierski Piotr, Puchalski Radosław

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2022

|

R. 26, nr 2

5--13

PL

W niniejszej pracy został przedstawiony algorytm regulacji odpornej Active Disturbance Rejection Control obiektem aerodynamicznym o dwóch stopniach swobody. Pokazano pełne wyprowadzenia równań algorytmu regulacji oraz wartości nastaw w zależności od pożądanych właściwości układu, na podstawie dynamiki obiektu oscylacyjnego drugiego rzędu. Dokonano dyskretyzacji równań algorytmu regulacji i zaproponowano jego dyskretną implementację. Testy przeprowadzono na laboratoryjnym zestawie aerodynamicznym firmy Inteco, którego model matematyczny jest silnie nieliniowy, ma dwa stopnie swobody i sprzężenia skrośne. Jakość działania oceniona została na podstawie przebiegów czasowych, a także całkowych wskaźników jakości. Przeprowadzone badania pokazują przewagę zastosowanego algorytmu nad regulacja PID dla badanego systemu. Przedstawiony algorytm regulacji cechuje się także większą przenośnością - nastawy dobierane są tylko w oparciu o rząd obiektu i teoretycznie raz dobrane są właściwe, niezależnie od modelu matematycznego. Zaproponowane równania dyskretne mogą zostać zaimplementowane z użyciem dowolnego języka programowania dla teoretycznie dowolnego obiektu, przy uwzględnieniu rzędu jego dynamiki.

EN

This paper presents the robust Active Disturbance Rejection Control method in an aerodynamical object with two degrees of freedom. Full derivation of control algorithm equations and the settings values depending on the desired properties of the system, based on the dynamics of the second order oscillating object, have been shown. The equations of the control algorithm were discretized and its discrete implementation was proposed. The tests were carried out on the Inteco aerodynamical laboratory kit, whose mathematical model is strongly non-linear, has two degrees of freedom and crosscoupling. The quality of operation was assessed on the basis of time graphs as well as integral quality indices. The conducted research shows the advantage of the applied algorithm over PID control for the tested system. The presented control algorithm is also more portable - the settings are selected only on the basis of the object order and once selected are correct regardless of the mathematical model. The proposed discrete equations can be implemented using any programming language theoretically for any object, taking into account the order of its dynamics.

6

The new approach to hybrid Kalman filtering, based on the changed order of filters for state estimation of dynamical systems

Michalski Jacek, Kozierski Piotr, Ziętkiewicz Joanna

Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering

|

2019

|

No. 97

181--190

EN

The paper presents a new approach to Hybrid Kalman filtering, composed of Extended Kalman Filter and Unscented Kalman Filter. In known algorithms, the Unscented Kalman Filter algorithm is used as first and the result of this is given as an input to the Extended Kalman Filter. The authors checked modified Hybrid Kalman Filter with changed order of filters using theoretical object, which was created on the basis of power system. Besides traditional method, the modification of Hybrid Kalman Particle Filter was evaluated too. Results were compared with Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter and Bootstrap Particle Filter. For particle filters the authors compared method estimation qualities for a different number of particles. The estimation quality was evaluated by three quality indices. Based on the obtained results, one can see that the changed order of methods in Hybrid Kalman filter can improve estimation quality.

7

Wielokrotny filtr cząsteczkowy w estymacji stanu systemów dynamicznych

Michalski Jacek, Kozierski Piotr

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2019

|

R. 23, nr 1

11--16

PL

W artykule poruszono problem estymacji stanu systemów dynamicznych oraz zaproponowano nową metodę jego rozwiązania – wielokrotny filtr cząsteczkowy. Jest to odmiana filtru cząsteczkowego pozwalająca na zrównoleglenie jego pracy przez podział na niezależne filtry tak, by umożliwić implementację algorytmu, także na urządzeniach o niedużej mocy obliczeniowej. Algorytm został zaimplementowany dla obiektu jedno- oraz wielowymiarowego, a jakość estymacji porównano dla różnej liczby cząsteczek. Do oceny działania algorytmu wykorzystano wskaźnik jakości aRMSE. Na podstawie badań stwierdzono, iż zrównoleglenie pracy filtru cząsteczkowego może poprawić działanie algorytmu.

EN

In this paper the problem of state estimation of dynamical systems has been discussed and the new solution, named MultiPDF Particle Filter has been proposed. It is a modification of Particle Filter that allows to parallelize its work by dividing into independent filters in a way to enable the implementation of the algorithm also on devices with low computing power. The algorithm has been implemented for a one- and multi-dimensional object, and the quality of the estimation has been compared for a different number of particles. The quality index aRMSE has been used to evaluate the algorithm’s performance. Based on the simulation results it was found that the work parallelization of a Particle Filter can improve estimation quality of the algorithm.