Melo, Leonimer Flávio deBatista, Daniel Strufaldi2024-10-312024-10-312023-04-20https://repositorio.uel.br/handle/123456789/18350As medidas de magnetômetros são uma fonte confiável de informações para diversos sistemas de controle e determinação de atitude. Por exemplo, nanossatélites, veículos aéreos não tripulados, aeronaves e muitos outros sistemas utilizam as leituras de sensores magnéticos. Além disso, o uso de sensores magnéticos de baixo custo aumentou exponencialmente, em missões espaciais e outras aplicações, como consequência do avanço de pequenas espaçonaves e aeronaves nas últimas décadas. Esses sistemas são geralmente construídos em torno de designs menores e de baixo custo e, consequentemente, essas aplicações geralmente dependem de informações fornecidas por sensores MEMS (sistemas microeletromecânicos) de baixo custo. Portanto, a calibração de sensores magnéticos de baixo custo é essencial para garantir a precisão, por exemplo, de sistemas de determinação de atitude que utilizam as informações do campo geomagnético terrestre. No entanto, o avanço das espaçonaves de menor tamanho também adiciona outro problema à calibração dos sensores devido aos sistemas eletrônicos e correntes elétricas presentes ao redor do sensor. Isso pode causar interferências variáveis no tempo nas medições dos sensores, como na forma de bias. Nesse sentido, esta tese aborda o problema de calibração de sensores magnéticos de baixo custo considerando interferências variáveis ao longo do tempo. Uma das contribuições desta tese é o estimador utilizado para encontrar os parâmetros de calibração, onde é proposta a aplicação direita de um estimador de mínimos quadrados não lineares para encontrar os parâmetros de calibração do modelo não linear de magnetômetros proposto no algoritmo Extended Two-Step. A tese também aborda a expansão deste algoritmo para incluir bias variáveis ao longo do tempo. Além disso, esta tese propõe uma metodologia para investigar experimentalmente a calibração dos sensores utilizando um simulador de campos magnéticos. Por conseguinte, outra contribuição desta tese é uma metodologia para usar uma bobina de Helmholtz de três eixos a fim de avaliar a calibração de magnetômetros suscetíveis a interferências variáveis ao longo do tempo. O simulador de campos magnéticos deve gerar estes campos em malha aberta (sem um controlador atuando na malha do campo magnético) para fornecer uma bancada de teste adequada para o problema. Portanto, a tese descreve o simulador, composto pela bobina de Helmholtz, um sistema de simulações Hardware-in-the-Loop (HiL) e uma Fonte de Corrente de Howland (HCS), e demonstra como calibrar este setup. O sistema calibrado é usado para gerar campos magnéticos em malha aberta para calibrar magnetômetros sujeitos a interferências variáveis no tempo. Outro tópico desta tese é a fonte de corrente empregada no simulador. Uma fonte de corrente elétrica precisa e estável é essencial para garantir a precisão do campo magnético gerado. Assim, outra contribuição da tese é a análise e os resultados da fonte HCS de alta potência usando amplificadores operacionais de alta potência. A HCS é uma fonte de corrente controlada por tensão linear tipicamente empregada em aplicações de baixa corrente, como as biomédicas, porém apesar do seu amplo uso nessas aplicações e correlatas, a literatura carece de sua análise de erro em condições de corrente mais alta. Dessa forma, este trabalho traz duas contribuições em relação à HCS. Primeiramente, discute como projetar de maneira casada o circuito da HCS de potência em conjunto com o simulador de campos magnéticos. Em segundo lugar, apresenta um estudo detalhado e a análise prática da HCS usando amplificadores de alta potência para aplicações em baixa frequência, com altos requisitos de linearidade e acurácia na corrente elétricaengAmplificador Operacional de PotênciaBias Variável no TempoCalibração de MagnetômetrosEstimação de ParâmetrosFonte de Tensão Corrente Controlada por TensãoGeração de Campo MagnéticoHardware-in-the-loopHelmholtz coilHowland Current SourceEngenharia elétricaTeseEngenharias - Engenharia ElétricaEngenharias - Engenharia ElétricaHardware-in-the-loopHelmholtz cageHelmholtz coilHowland current sourceMagnetic field simulatorMagnetometerMagnetometer calibrationNon-linear least squaresParameter estimationPower operational amplifierSensor calibrationTime-varying biasVoltage-controlled current sourceElectrical engineering