Ein T-Rex 450 mit Quadrocopter/Mikrokopter Technologie...

[absimon2]

Hi Mirko,

Beschleunigungssensor > Acceleration Sensor (ACC)


Möchte ja keine Werbethread hier draus, sondern eine Diskussion über die Technologie,
aber kurze Zusammenfassung (ich bin natürlich ein Fan davon, sonst hätte ich nicht
soviel arbeit da reingesteckt)

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Den stabilen Modus nenne wir Heading-Restore, schwebe Video sind ja oben zu sehen,
ist aber nicht das was zähl. Der Heli hat 0 Eigenleben und läßt sich Zentimetergenau
navigieren (Rundflug im Wohnzimmer). Flieg damit gerne im Gelände, Wald etc,
viel Spannender als auf freiem Feld. Windstabilität ist enorm, bei 10kts laut
windfinder.com ist das noch annehm und man genießt den Fahrstul wenn man
in Windrichtung wendet.

Drück ich den Giersteueknüppel 5sek nach links (Motor aus) zuckt die Taumlscheibe,
und bin im Heading-Hold Modus (FBL). Mit den ADXRS kommen die Integrale ungekürzt
zum Einsatz = maximale Stabilität. Fliegt sich wie Vstabi Modus Präzise in einem etwas
größeren Modell. HH geht hier gut bis 12kts, stellt man einfach in den Wind.

Heck ist Gy401 like (neuerdings), hab ich da lange für gebraucht hinter die Regelung zu steigen,
brauch man auch für die krasse Regelung auf der TS und für Videos, da sieht man
jedes Mini-Zittern und jede Schwäche.

Gerade gute Piloten (Training 2 Jahre +) stehen dem Heading-Restore Modus etwas skeptisch gegenüber
(auch hier einige Testpiloten ) aber ich finds klasse, es gibt einfach sachen die kann
man sonst nicht machen (Allgemeine Präzision und Handling, für Video, Fliegen am
Rande des Sichtfelds, immer dicht am Gelände, später auch mit GPS etc.),
und es sieht in der Luft immer absolut ruhig aus. Nicht wie ein 450er. Bewegt sich
souverän. (Gute Piloten schaffen das Flugbild auch im HH Modus aber nicht mit
Hindernissen)

Gut ?
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Ok, zurück zum Thema. Der ACC mißt Beschleunig auf drei Achsen. Darüber kann
man über atan2() exakt den Lagewinkel berechnen (eine bevel box hat z.B. nur einen ACC drinne).
Ist aber im Flug sehr ungenau. Es gibt ja noch andere Kräfte wie Fliehkräfte, Vibs usw.
all das mißt auch der ACC.

Man hat also immer zwei Lageinfos im Flug
- vom ACC - ohne Drift aber ungenau (gerade in Kurven)
- von den Gyros - mit Drift aber super präzise
Die Verrechnung dieser beiden Infos ist die eigentliche Arbeit. Wir machen das
mit einem Kalman-Filter bei dem man den Gain (Grad der Angleichung) variabel
verändern kann. In Kuven (ACC liefert nicht mehr richtige Winkelinfos, da
Fliehkräfte) schalten wir die Angleichung runter (ganz einfach über die
Steuerknüppelstellung). Der Rest ist PID, ein Taumelscheibenmischer,
die Servotimer (nur schnelle Digi-Servos machen wirklich Sinn) und
das wars im Grunde.

Viele Grüße

[Husi]

Ok, zurück zum Thema. Der ACC mißt Beschleunig auf drei Achsen.

Hallo Simon,

Ok in einigen Punkten kann ich dir ja noch folgen, aber meinst du jetzt wirklich nur drei Achsen, oder alle sechs?
Bisher dachte ich man braucht dazu die drei Rotations-Beschleunigungen und die drei Axial-Beschleunigungen.

Man hat also immer zwei Lageinfos im Flug
- vom ACC - ohne Drift aber ungenau (gerade in Kurven)
- von den Gyros - mit Drift aber super präzise

Du hast zusätzlich zum ACC auch noch Gyros verbaut? Gyros wie der 401 sind doch auch nur Dreh-Beschleunigungs-Sensoren (beim 401 halt nur eine Achse). Was für ein Unterschied gibt es vom Gyro zum ACC?

Danke für deine Ausführungen.
Mirko

[Crizz]

Ich lese das jetzt seit Anfang mit, hänge mich aber mangels Fachkenntnis eigentlich nicht rein. Ich frage mich nur, wo letztlich was genau nötig ist. Wenn ich nen Quad nehme und in X-Config fliege muß ich auhc zusätzlich mischen, weil die Anordnugn diagonal über die Achsen geht. Deshalb habe ich aber trotzdem nur 3 Achsen, und die werden doch über das eigentliche Luftfahrzeug definiert - nicht über die Antriebs-Stränge ? ! - oder ??

Der Rest ist Rechensache - zwar aufwändig, aber doch "nur" Mathematik aufgrund der Ausgabe der Sensorik ?

[absimon2]

Hallo Husi, Hallo Chrizz,

sorry, ich habs einfach mal so runtergeschrieben.... nicht so ganz gelungen...



Ist bei allen Systemen eigentlich gleich. Immer drei Gyros und
immer drei Beschleunigungssensoren (für die drei Raumachsen, also
Nick, Roll und Gier oder X, Y, und Z, je nachdem wie man es
bezeichen möchte)

Wir haben ein Beschleunigungssensor, der mißt gleich alle
drei Achsen in einem Gehäuse. (deshalb gibt es nicht drei
Beschleunigungssensoren)

Ohne Gyros gehts es nicht, leisten den Großteil der Arbeit.
Nur mit Beschleunigungssensoren allein fliegen geht nicht,
die sind nur dafür da um über die Zeit - ein ganz klein bißchen -
die Gyrosignale zu korrigieren.

Wie die sich unterscheiden, ist nicht einfach zu erklären,
man begreift es aber sofort wenn man die Sensorsignal
am Monitor anzeigt, und das System ein bißchen schüttelt.

Beim Schütteln sagt insb. der Beschleunigungssensor
bescheid. Der sagt Dir mit wieviel G geschüttel wird.
Interessant wirds nur dadurch, das der Beschleunigungssensor
auf den drei Raumachsen - getrennt - die Beschleunigung mißt.
Das heißt nämlich, wenn der Beschleunigungssensor exakt waagerecht steht,
(und nicht geschüttelt wird) mißt der auf der Roll und Nickachse nichts.
Neige ich den Sensor, mißt er etwas Erdanziehung "seitlich" auf Roll und Nick.
Damit kann am Schreibtisch den exakten Neigungswinkel berechnen,
nur im Flug gibt es noch Fliehkräfte bei allen Bewegungen. Die verrechnen
sich mit der Erdanziehung....

Beim Schütteln würden die Gyro nicht viel sagen,
die Sprechen eigentlich nur auf Rotation an. Wenn ich das Ding drehe.
Genauer die Winkelgeschindigkeit geben die aus. Wieviel
Grad wird z.B. pro Sekunde die Lage verändert. Addiert man
alle Winkelgeschwindigkeiten ergibt das die Winkelveränderung insgesammt,
also das Lagesignal von den Gyros.

Klinkt allers vermutlich komisch, ist aber nicht kompliziert,
wenn man die Sensoren mal arbeiten gesehen hat.

Das tolle ist, beide Signale (von den Gyros und dem Beschleunigungssensor)
kann man miteinander vergleichen. Und wenn plötzlich die
die Lagesignale von den Gyros größer werden als die vom Beschleunigungssensor,
korrigiert man einfach etwas die Lagesignale von Gyros (etwas subtrahieren).

Bei Quad und Heli ist das genau das gleiche. Völlig richtig.
Egal was man fliegt, wird immer bei "Raumachsen" Nick, Roll und Gier bleiben.

Was sich unterscheidet sind nur die Mischer, die das
ganze auf die Taumelscheiben-Servos oder beim Quad
auf die verschiedenen Motoren verteilen.

Viele Grüße

[Husi]

Hallo Simon,

Danke, jetzt habe ich es verstanden.
Du erwähntest, das die Sensoren in der Nähe des Schwerpunktes sitzen sollen. Nach deinen letzten Erklärungen würde ich sagen, es reicht aus wenn der ACC in der Nähe des Hubschrauber Schwerpunktes sitzt. Irgendwie stelle ich mir gerade eine Platine vor, die wie ein Ring (Scheib mit Loch) geformt ist. Durch das Loch verläuft die Hauptrotorwelle und der ACC sitzt möglichst nah der Hauptrotorwelle. Die drei Gyros dürften theoretisch irgendwo sitzen, oder nicht?
Die Drehbeschleunigung ist überall gleich groß, unabhängig von der Position. Bei der Position des ACC gebe ich dir Recht.

ACC_Position.JPG (45.29 KiB) 1682 mal betrachtet

Wenn man einen z.B. Nick Befehl gibt dann würde ein Sensor an der Position 1 kaum Axial-Beschleunigungen abbekommen, weil er ja fast im Drehpunkt sitzt und der Hebelarm / Radius nahezu Null ist. Ein ACC an der Position 2 würde bei Nick nach vorne verzögert und bei Nick nach hinten beschleunigt werden.

Bei einer Giersteuerung wären beide Positionen jedoch gleich gut...


Viele Grüße
Mirko

[Alex K.]

Hallo,

so wie ich das verstanden habe gibt der Beschleunigungssensor ein Signal aus, wie die Lage im Raum ist. Beschleunigung deshalb, weil er die Erdbeschleunigung misst, d.h. wenn der Heli schräg steht, bleibt das Signal konstant bei einem Wert, der z.B. einer Lage "5° schräg nach rechts geneigt" entspricht. Der Gyro bzw. Geschwindigkeitssensor gibt ein Signal aus, wann und wie stark der Heli sich geneigt hat. D.h. er schlägt nur dann aus, wenn der Heli sich gerade dreht. Behält er eine gewisse Schräglage bei, geht der Gyro-Sensor wieder auf "0", denn es wird ja keine Drehbewegung mehr ausgeführt, die eine Winkelgeschwindigkeit ergibt.

Eine Regelung würde demnach nur das Gyro-Signal in der Hauptsache benutzen, da dieses die momentane Bewegung des Helis erfasst. Der Beschleunigungssensor würde dann "nur" noch eine Führungsgröße sein, in welche Lage die Regelung den Heli wieder zurück bewegen muss, damit er wieder gerade steht (also auf allen 3 Achsen keine Beschleunigung bzw. Schräglage mehr gemessen wird). Für einen Heck-Gyro wäre dann eine reine Gyro-Regelung der Normal-Modus, eine Regelung mit Beschleunigungssensor dann der Heading-Hold-Modus. Ist das korrekt?

Eine FBL-Regelung würde dann quasi so aussehen, dass bei einem definierten Nick-Befehl über den Knüppel sich Heli der nach vorne neigt, die Lage über den Beschleunigungssensor gemessen und anschließend gehalten wird. Über den Gyro wird dann "nur" noch eine Abweichung dieser Lage registriert (z.B. Aufbäumen bei Vorwärtsflug) und entsprechend ausgeregelt, sodass die nach vorne geneigte Lage, die über den Knüppel eingestellt wurde, aufrechterhalten bleibt. Ist das so richtig?

Gruß, Alex

[absimon2]

@Husi

ja stimmt alles soweit. nur so genau brauch man das nicht.
bei uns ist er ACC ca. 4cm von der Rotorwelle entfernt.
ACC wir ja nur minimal verwendet, die einzige Kraft
die da wirklich relevant ist, ist die Fliehkraft
bei Pioretten. Würde die Nick-Achse stark nach 'außen' drücken.
Kann man alles Softwareseitig kompensieren,
aber je mehr man den Signalen vertrauen kann,
desto besser. Bei 4cm ist das auch bei super schnellen
Pioretten kein Problem.

Achso, ein Heli dreht über Nick und Roll nicht über
den Gewichts-Schwerpunkt, hat mit dem dicken Rotor
zu tun, dessen Trägheit (Fliehkräfte) und dessen
Hebelwirkung zählt auch. In Wahrheit liegt der
Drehpunkt bei einem Heli in etwa auf Höhe der Taumelscheibe,
oder 1cm darunter. (zumindest bei uns)
Deshalb sitzt auf der Höhe auch die Elektronik.

@Alex
"Behält er eine gewisse Schräglage bei, geht der Gyro-Sensor wieder
auf "0", denn es wird ja keine Drehbewegung mehr ausgeführt,
die eine Winkelgeschwindigkeit ergibt."

Beide (Acc und Gyros) erfassen die Lage dauerhaft.
Addiert man die Signale von einem Gyro (Winkelgeschwindigkeiten)
wärend man es schnell dreht, sieht das z.B. so aus

Code: Alles auswählen

Winkel += 2 (bei 0,1s)
Winkel += 3 (bei 0,2s)
Winkel += 4 (bei 0,3s)
Winkel += 5 (bei 0,4s)
Winkel += 6 (bei 0,5s)
Winkel += 7 (bei 0,6s)
Winkel += 5 (bei 0,7s)
Winkel += 4 (bei 0,8s)
Winkel += 2 (bei 0,9s)
Winkel += 1 (bei 1,0s)

= Winkel = 39 Grad Neigung.
Die bleiben da bis ich es wieder zurückdrehe.

Code: Alles auswählen

Winkel += -2 (bei 1,1s)
Winkel += -3 (bei 1,2s)
Winkel += -4 (bei 1,3s)
...

Ich hab jetzt kurz den Heli hier auf dem
Schreibtisch einmal ~25Grad geneigt,
vorwärts rückwärts genickt, und dann
kurze geschüttelt, sieht so aus



Das zackige ist für Nick und Roll der ACC,
die sauberen Linien, sind für Nick und Roll
die Gyrosummen. Umrechnung in Grad Neigung ist
durch 100. Wie man sieht kann man beide
Vergleiche (vom ACC und den Gyros). ACC ist
nur dafür da, die die Gyrosummen nicht über
die Zeit 'abhauen'. Denn bei den ganzen Additionen
oben schleichen sich mit der Zeit kleine Fehler in
der Rechnung ein, das ist der Gyrodrift. (ohne
Angleichung, würde die sich langsam von den ACC
Werten entfernen). Der ACC hat keinen Drift,
ist aber etwas zapplig...

Für die Flugregelung arbeite man immer nur mit
den Gyrosignalen. ACC Signale würden da knistern
und zucken wie wild (siehe Grafik).

Jetzt wirds nochmal kompliziert.

Wie man sieht für Nick, Roll kann man ACC Signale
und Gyrosignale miteinander vergleiche. Für
Gier geht das nicht. Denn auf der Gier Achse
mißt der ACC nur die Beschleunigung nach unten
oder oben, wie stark sich der Heli sich auf und abbewegt,
dabei Gieren ist dem völlig egal.
Nur ein Kompass kann für Gier den Gyro-Drift rausrechnen.

Zu den verschiedenen System

Ein normale Heckgyro, nutzt nur die Gyrosignale, wird
aber via Software auf 0 zurückgefahren.

Code: Alles auswählen

while(1) {
	// ...
	Giersumme -= 1; // oder += 1 wenn kleiner 0
}

Früher waren da die Sensoren mies, mußte man extensiv
verkleiner. Heute kann man das absichtlich machen,
um eine Windfahneneffekt zu erhalten. Liegt auch
immer dran was die Sensorik an Präzision hergibt.

HH Heckgyro, nutzt nur die Gyrosignale, aber die
Summe der Signal ist gut genug, wird nicht künstlich
verkleinert. Heck hält die Richgung. Auch wenn genau
genommen Drift drin ist, fällt beim Heck aber kaum auf.

Ich nenns mal Heading-Restore (HR) mit dem stabilem Modus.
Nutzt die Gyrosignale (die aber mit den ACC Signalen
korrigiert wurden). Diese werden vom Piloten nur
zum steuern nur temporär verändert. Nimmt man die
Steuerknüppel zurück, geht genau so der Heli auch
zurück in die Horizontale (die nicht inzwischen nicht
weggedriftet ist). Es ist alles nur gesteuert, aber
von einem Referenzpunkt ausgehend, der Horizontalen.

FBL System, oder besser Heading-Hold (HH) nutzt nur
Gyrosignale. Der Pilot verändert die Lage dauerhaft
(wird sozusagen als neue Lageinfo in den Gyrosignalen
gespeichert). Die Horizontale muß der Pilot selbst
wieder finden. Etwas abspeichern, was der Horizontalen
entspricht.

Heading-Hold bei FBL Systemen sieht übrigens auf
der Taumelscheibe so aus, man neigt den Heli etwas
auf dem Schreibtisch, die Taumelscheibe steuert gegen,
und bleibt da stehen.

Viele Grüße

[absimon2]

ich hab nochmal eine Anleitung gemacht, wie man eine Heli vibfrei hinbekommt,
für Beschleunigungssensoren und auch ganz wichtig für HD Videos

der statische Teil



und der dynamische

[dollreiner]

hallo liebe profis,

ich versuche, das ganze sauber zu verstehen, aber es fehlt entweder an info oder an wissen :

- der rex hat als sensoren 3 gyros und 3 beschleunigungssensoren dabei
- gyro + beschleunigung ergänzen sich (messen beide a= dv/dt, oder ?)
- erdbeschleunigung bringt lagewinkel, damit wird gyro integrierend überlagert (?)

- er kann in 3 achsen weglaufen : gier, nick, roll (höhe lassen wir mal)

jede achse wäre modellierbar, also masse, maximales rotormoment und so.
(beim copter natürlich viel einfacher ...)
daraus könnte man - regelungstechnik - die pid-parameter ansetzen.
rechnung gut -> programmieren -> fliegt !

-> große frage : macht ihr das so ??
-> kann man irgendwo so ne rechnung nachlesen ?