← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Expert · Werkboek · 40. Sensorfusie en schatten
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
E40. Sensorfusie en schatten — werkboek
EExpert · deel E8 · Regeltechniek

Werkboek · hoofdstuk 40Sensorfusie en schatten

Een schatting vertelt zowel wat je weet als hoe onzeker dat weten is

Je rekent met onzekerheid, bouwt een foutdetector en ontwerpt meetfusie die ook haar grenzen zichtbaar maakt.

3× oefenen4× toepassen3× uitdagen± 335 min0/10 gedaan
RRegelen en roboticaAData en AIWWiskundig modelleren
Co-located sensoren kunnen dezelfde toestand toetsen; een water- en luchtsensor meten verschillende toestanden.
Co-located sensoren kunnen dezelfde toestand toetsen; een water- en luchtsensor meten verschillende toestanden.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
40.1

Niet dezelfde temperatuur

Oefenen6Begrijpen25 min
Een NTC meet 18 °C in water; een SHT31 meet 22 °C in lucht.
  1. a
    Waarom is het gemiddelde 20 °C geen betere schatting? Welke informatie moet het model bewaren?
40.2

Precisiegewichten

Oefenen6Rekenen25 min
z1=10,2 K, z2=9,8 K; R1=0,04 K² en R2=0,01 K².
  1. a
    Bereken schatting en standaardafwijking met alle tussenstappen.
40.3

Drift en filtergewicht

Oefenen6Rekenen25 min
Gyrobias 0,05 °/s; Δt=0,1 s en filtertijdconstante τ=5 s.
  1. a
    Bereken de ongeijkte drift na 2 min en het gewicht α van de oude schatting.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
40.4

Voorspel en corrigeer

Toepassen7Rekenen25 min
x=19,9 °C, P=0,02 K², Q=0,01 K², a=h=1; z=20,2 °C en R=0,03 K².
  1. a
    Bereken P−, gain, nieuwe schatting en variantie.
  2. b
    Toets de innovatie met de 3σ-poort.
40.5

Een gedeelde biasvloer

Toepassen7Analyseren25 min
Elke probe heeft σruis=0,10 K; beide delen ijkonzekerheid 0,08 K.
  1. a
    Bereken de standaardonzekerheid van het gemiddelde. Vergelijk met blind middelen van onafhankelijke totale fouten.
40.6

Synchroniseren bij een stap

Toepassen7Labo45 min
Een snelle probe en een sensorkast met tijdconstante 60 s zien dezelfde opwarmproef.
  1. a
    Ontwerp een vergelijking die vertraging van bias onderscheidt. Leg meetmoment en bereik vast.
Zo wordt dit beoordeeld
proefEvenwichten en overgang onderscheiden.
tijdMeetmoment en sensorvertraging vastgelegd.
40.7

Ontbreken simuleren

Toepassen7Programmeren25 min
Tien opeenvolgende stappen ontbreken alle metingen; Pstart=0,008 K² en Q=0,0004 K² per stap.
  1. a
    Bereken eindvariantie en σ. Pas de code aan zodat ontbreken geen nulmeting wordt.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
40.8

Kalman-afleiding veralgemenen

Uitdagen9Rekenen25 min
; de voorspelling heeft variantie .
  1. a
    Leid de gain voor h≠1 af.
  2. b
    Controleer de eenheden als z volt en x kelvin is.
40.9

Een foutdetector tegenspreken

Uitdagen9Onderzoeken40 min
Iedere meting met ν²/S>9 schakelt de sensor direct permanent uit.
  1. a
    Analyseer valse meldingen, modeltekort en herstel. Geef een beter beleid dat lokale alarmen ondersteunt.
40.10

Fusie voor Habitat ontwerpen

Uitdagen9Habitat75 min
Het station wil een temperatuur blijven schatten als één probe faalt.
  1. a
    Kies toestand, sensoren, ijking, tijd- en foutcontract. Schets fusie en supervisor.
  2. b
    Formuleer storingstests en een onafhankelijk onzekerheidsbudget.
Zo wordt dit beoordeeld
meetgrensDezelfde toestand en kalibratiebewijs.
foutbeleidUitval, ouderdom, herstel en lokale veiligheid.
zekerheidGedeelde fouten en modeltekort opgenomen.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet