Hallo, ich experimentiere nun eine Weile mit dem 3-Achsen Beschleunigungssensor A7620. Möchte für nen Kumpel eine Flugstabilisierung bauen. Warum arbeiten alle käuflich erwerblichen (oder vermutlich alle Profi-Flugreglungen) mit Beschleunigungssensoren und zusätzlich mit Gyroscopen. Kann man nicht irgend wie mit den drei Beschleunigungswerten alleine auskommen, um Quer/Längsneigung und Drehung zugleich ermitteln zu können. Was macht ein Gyro/Drehratensensor anders. Bitte helft mir weiter. Danke schonmal
Meine Vermutung ist Driftstabilitaet. Immerhin willst du ja laenger als 10 Sekunden stabile Flugeigenschaften haben. Ich denke da wird etwas getrickst. Felix
Hy Prinzipiell arbeitet jede Art der Stabilisierung mit Gyroskopen und danach noch zusätzlich mit Beschleunigungssensoren. Das Problem liegt in den Kräften, die die Unterschiedlichen Sensoren aufnehmen können. Nimm als Beispiel ein Lineal, das auf dem Zeigefinger Balanciert wird. Das Lineal kann nach rechts oder links herunterkippen, diese "Schräglage" misst das Gyroskop als Winkeländerung und gibt den Wert aus. Den Beschleunigungssensor interessiert diese Drehung eigentlich gar nicht. Er misst, wenn du das Lineal anhebst oder fallen lässt, vor und zurück bewegst oder nach links und recht, aber nicht ob des dabei auf den Kopf drehst. Dabei mist er über die Trägheit aber nur Beschleunigung, d.h. das Gasgeben und Bremsen des Lineals. In der Praxis bedeutet dies, das eigentlich jeder Freiheitsgrad in der Fluglage ausgewertet werden muss. Die Drehbewegungen um x-, y- und z-Achse mit Gyroskopen, und die Driftbewegung in x-, y- und z-Richtung mit den Beschleunigungssensoren. Marc
http://de.wikipedia.org/wiki/Querneigungswinkel Schau dir das Bild auf der rechten Seite an, überleg dir welche Beschleunigungen dein Beschleunigungssensor alle misst...
Hallo, ich habe mir auch schon die Frage gestellt, wozu man die Gyroskope braucht, wo man doch die Lage (Drehung) des Flugszeugs gut und langzeitstabil mit einem Beschleunigungssensor messen kann. Folgendes habe ich mir dazu überlegt: Der Beschleunigungssensor mißt im wesentlichen die Erdbeschleunigung bzw. Komponenten davon. Die Werte driften zeitlich nicht, können aber durch kurzzeitige Beschleunigungen des Flugzeugs überlagert werden. Um trotz kurzzeitiger Störungen, die sich aufgrund von "wirklichen" Flugzeugbeschleunigungen ergeben, den tatsächlichen Neigungswinkel des Flugzeugs anzugeben, wird zusätzlich das Gyroskop genutzt. Beim Gyroskopsensor ist es nämlich umgekehrt. Er liefert unabhängig von der Flugbeschleunigung richtige Drehgeschwindigkeitswerte, doch das Integral der Drehgeschwindigkeitswerte (die Drehrichtung) driftet mit der Zeit aufgrund von elektrischen Ungenauigkeiten (Offsetdrift). Zu den Sensoren: - Das Prinzip des Beschleunigungssensors ist eine an einer Feder aufgehängte Masse. - Das Prinzip des mechanischen Gyros ist die Ausnutzung der Corioliskraft. Der Wikipedia-Artikel enthält eine Kurzbeschreibung des sogenannten Stimmgabelprinzips. http://de.wikipedia.org/wiki/Corioliskraft Gruß, Michael
migo schrieb: > Warum arbeiten alle käuflich erwerblichen (oder vermutlich alle > Profi-Flugreglungen) mit Beschleunigungssensoren und zusätzlich mit > Gyroscopen. Stimmt nicht ganz, gibt auch optische: http://www.modellflug-freakshow.at/Tips/autopilot.htm
> wo man doch die Lage (Drehung) des Flugszeugs gut und > langzeitstabil mit einem Beschleunigungssensor messen kann. Kann man nicht! > Der Beschleunigungssensor mißt im wesentlichen die Erdbeschleunigung > bzw. Komponenten davon. Die Werte driften zeitlich nicht, können aber > durch kurzzeitige Beschleunigungen des Flugzeugs überlagert werden. ... oder auch durch länger andauernde Beschleunigungen, zum Beispiel die Zentrifugalkraft im sauberen Kurvenflug. Die gemessene Beschleunigung liegt dann exakt in der Hochachse des Flugzeuges. Das ist nun nicht die einzige Beschleunigung die auftreten kann. Jede Richtungsänderung des Flugzeuges nach oben, unten oder zu einer Seite oder in Längsrichtung wirkt sich auf die gemessene Beschleunigung aus. Wenn man die Geschwindigkeit (Groundspeed) messen kann, kann man die Längsbeschleunigung kompensieren. Mit Gyros kann man zusätzlich die Zentrifugalbeschleunigungen kompensieren (die hängen von der echten Geschwindigkeit gegenüber der Luft ab - muss man dann halt auch irgendwie messen.) Wenn man die ganzen Werte berechnet, kann man die Drehraten integrieren (eigentlich ist das keine Integration in dem Sinne den die meisten kennen, da die Drehungen um die einzelnen Achsen gewissermaßen miteinander wechselwirken.) und den gemessenen Beschleunigungsvektor dann als Stützung, also als Driftkompensation verwenden. Gruß
Eigentlich ist die Antwort in einem Satz zusammenzufassen, Niveau Anfänger Physik: Ein Flugzeug hat 6 Freiheitsgrade - Bewegung in 3 Richtungen und Drehung um 3 Achsen. Man braucht also zur Beschreibung 6 Vektoren, und dementsprechend Sensoren um diese zu erfassen. Alles andere ist hohles Geschwätz. Im übrigen gilt das für ein Auto genauso, siehe Anti-Schleuder-Systeme. Gruss Reinhard
Aha, aber wie baut man dann die "Regler-Formeln" zusammen. Angenommen wir betrachten einfachheitshalber eine Achse. Der "Fliescher" fliegt gerade aus (X) und beginnt aufgrund von störungen sich langsam nach rechts zu neigen (Rollen, wenn ich es richtig verstanden habe). Der Beschleunigungssensor würde jetzt für Querneigung rechts mehr ausschlagen(Abweichung zur Waagrechten). Der Drehratensensor vermutlich nur für die Zeit der Drehung. Auf welches Signal soll man jetzt reagieren? Hat jemand schon mal ein kleines ein/maximal zweiseitiges Mini-Sensor-Board aufgebaut und vielleicht sogar "überproduziert" ? Für drei Gyros (am liebsten 3x Lisy300 etc und einmal A7260) Vielen Dank für die Beteiligung
Na. Eine gewisse Vorstellung der Regelstrecke sollte man schon haben. Zum Einen hat man das Massentraegheistmoment fuer jeder Achse, dann eine geschwindigkeitsabhaengige Kopplung an die Luft. Es hat uebrigens niemand gesagt es waere einfach... Leute ohne weitergehende Vertiefung in Fluid Dynamik von Flugzeugen werden etwas rumproebelm muessen.
Vielleicht wäre eine fertige Lösung einfacher. http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9184
Hallo, im Prinzip ist das alles in diesem Artikel zusammengefasst: http://de.wikipedia.org/wiki/Inertialsensor Kurz: Es gibt 6 Freiheitsgrade: Beschleunigungssensor mißt 3 Translationsewegungen (Fläche) Drehratensensor mißt 3 Rotationsbewegungen (Winkel) Gruß Mario
Falls man "nur" ein Intertialmesssystem aufbauen will braucht man ein 3-Achsen Gyro und ein 3-Achsen-Beschleunigungssensor. Aber in der Regel driften 4 der Größen mit der Zeit ab. (2 Größen kann man durch "Richtung g-Vektor" stabilisieren) Will man noch den dritten Winkel noch stabilisieren, so braucht man noch einen Kompass oder besser ein 3-Achsen-Magnetsensor. Die 3 Geschwindigkeiten / Positionen können z.B. durch die Verwendung von GPS stabilisiert werden.
> Der Beschleunigungssensor würde jetzt für Querneigung rechts mehr > ausschlagen(Abweichung zur Waagrechten). Nein! Das würde er nicht tun. Das Flugzeug würde sofort beginnen, eine Kurve zu fliegen. Die dann auftretende Zentrifugalbeschleunigung addiert sich zu der Erdbeschleunigung derart, dass die gemessene Beschleunigung in der Hochachse liegt, du kannst da also erstmal keinen Winkel messen! Erst wenn man mindestens die Zentrifugalbeschleunigung wegkompensiert wird das Signal verwertbar. Das Verfahren sieht etwa so aus, dass man die Lage des Flugzeuges z.B. als Drehmatrix speichert und dann mehrmals pro Sekunde (50/s wäre für den Anfang ganz gut) die Drehraten misst, daraus jeweils (je Achse) eine Drehmatrix berechnet und die dann mit der aktuellen Lage multipliziert. Dann erhält man die neue Lage, die man wiederum abspeichert. Zur Stützung berechnet man die Winkeldifferenzen zwischen kompensiertem Beschleunigungsvektor und der gespeicherten Lage. Wenn eine Abweichung auftritt, wird z.B. um 1/1000 der Abweichung korrigiert. (Auch 50 mal pro Sekunde! Man könnte evtl. auch einfach 1 mal pro Sekunde um 1/20 korrigieren, um Rechenzeit zu sparen.) So wird die aktuelle Lage nach Abweichungen langsam wieder geradegezogen. Gruß
Reinhard Kern schrieb: > Eigentlich ist die Antwort in einem Satz zusammenzufassen, Niveau > Anfänger Physik: > > Ein Flugzeug hat 6 Freiheitsgrade - Bewegung in 3 Richtungen und Drehung > um 3 Achsen. > > Man braucht also zur Beschreibung 6 Vektoren, und dementsprechend > Sensoren um diese zu erfassen. Alles andere ist hohles Geschwätz. Im > übrigen gilt das für ein Auto genauso, siehe Anti-Schleuder-Systeme. Das wurde jetzt schon ein paar mal genannt hier, stimmt aber definitiv nicht. Bzw es ist nicht der Knackpunkt der Frage! Wie schon Michael Lenz geschrieben hat, wird aus Beschleunigungssensor und Gyroskop ein Lagewinkel fusioniert. Das geht, weil der tiefgepasste Beschleunigungssensor (je nach Flugmodell) eine mehr oder weniger gute driftfreie Annäherung an den tatsächlichen Lagewinkel ist. Aber eben tiefgepasst, kann also keine schnellen Drehwinkeländerungen erfassen. Die kommen dann zeitverzögert an. Um dem Entgegenzuwirken sind die Gyroskope da. Die können schnelle Drehwinkeländerungen messen, sind aber (im Integral sowieso) nicht driftfrei. Beides zusammen gibt dann einen viel "genauer" geschätzten Lagewinkel. Und das funktioniert so beispielsweise in jedem Quadrokopter (auch in meinem Eigenbau ;)). Nur die verwendeten Algorithmen zur Fusion variieren etwas. Bei Flugzeugen geht das sicher wieder anders. Bzw man nimmt noch driftfreiere (extrem teure) Gyroskope. Denn wie schon vermutet: Bei großen Flugzeugen gibt es große Kurven, in denen die (tiefgepasste) Beschleunigung nach langer Aufenthaltszeit in der Kurve immer "falschere" Winkel misst.
> Denn wie schon vermutet: Bei großen Flugzeugen gibt es große > Kurven, in denen die (tiefgepasste) Beschleunigung nach langer > Aufenthaltszeit in der Kurve immer "falschere" Winkel misst. Tritt wie schon gesagt nur durch Zentrifugalbeschleunigunggen auf und kann man (mit entsprechendem Aufwand... Immerhin billiger als Lasergyros) kompensieren.
Nebliger Tag schrieb: > Na. Eine gewisse Vorstellung der Regelstrecke sollte man schon haben. > Zum Einen hat man das Massentraegheistmoment fuer jeder Achse, dann eine > geschwindigkeitsabhaengige Kopplung an die Luft. Es hat uebrigens > niemand gesagt es waere einfach... > Leute ohne weitergehende Vertiefung in Fluid Dynamik von Flugzeugen > werden etwas rumproebelm muessen. Hä? Was hat denn hier die Fluiddynamik zu suchen? Es ist doch viel einfacher: Für ein (quasi-)statisches System reicht natürlich ein 3-achsiger Beschleunigungssensor zur Lageregelung. Die Regelung sorgt dafür, dass der Erdbeschleunigungsvektor in den gewünschten Beträgen in die Achskomponenten des Sensors zerlegt wird. Die Drehraten um die Achsen zu erfassen ist erst beim dynamischen Modell notwendig. Je nach Flugmanöver kann z.B. der Erdbeschleunigungsvektor nicht mehr sensiert werden (vgl. die "Runterfallsicherung" von Notebookfestplatten). Gruß, Jötze
Jötze schrieb: > Es ist doch viel einfacher: > Für ein (quasi-)statisches System reicht natürlich ein 3-achsiger > Beschleunigungssensor zur Lageregelung. Also nach meiner Auffassung beschäftigt sich eine Fluglageregelung hauptsächlich mit den Drehbewegungen und nicht mit Translationen, und bei einem Auto mit Elchtest ist das genauso. Langsam finde ich die Diskussion lächerlich: einige Autoren versuchen wortreich unter Umgehung der physikalischen Gesetze zu argumentieren, dass ein Flugzeug nur 3 Freiheitsgrade hat und dass man daher mit einem 3-Achsen-Sensor auskommt. Man muss ja Wikipedia nicht glauben, aber vielleicht den Physik-Büchern. Wenn nicht, wird man keine Lageregelung hinkriegen. Mathematisch sind 6 Vektoren unveränderlich 6 Vektoren, da kann man untereinander Werte verrechnen wie man will, z.B. in Polarkoordinaten transformieren, es werden einfach nicht weniger. Daher beteilige ich mich auch nicht weiter, weil die 3-Vektoren-Fraktion offensichtlich unbelehrbar ist. Gruss Reinhard
@Reinhard: Hat doch niemand bezweifelt, dass es 6 Freiheitsgrade gibt. Aber um mal wieder auf mein Quadrokopter Beispiel zurückzukommen sind die 3 Translationsfreiheitsgrade für eine einfache Schwebeplattform überflüssig (Kommt natürlich auf die Anforderungen an, die man stellt). Aber du kannst mir ja sicherlich sagen, wie man aus Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren eine Trägheitsnavigation bauen kann, die sämtliche absoluten Drehwinkel und Drehraten (soweit noch realistisch) und sämtliche absolut zurückgelegten Wege und translatorischen Geschwindigkeiten ermittelt. Soviel zu deinen tollen Freiheitsgraden. Im übrigen kommt es selten gut, ander Leute Geschriebenes ohne große Argumente pauschal als "hohles Geschwätz" abzutun. Vermutlich hast du praktisch noch nie mit einer derartigen Funktionalität zu tun gehabt.
Hi Simon K.: a) Es gibt keine driftfreien Gyros, auch nicht für sehr viel Geld. Allerdings ist bei (sehr) teuren und schweren Gyros die Winkelgeschwindigkeit sehr wenig verrauscht (Angular Random Walk) und ohne großes Bias (Rate Random Walk/Initial Bias). Dies macht sich vor allem längerfristig bemerkbar (Stunden, Tage, ...). b) Ohne Magnetometer/Kompass kann man auch die Lage nicht eindeutig bestimmen: man weiß zwar ob man "waagrecht" ist, aber nicht wo Norden ist. c) Die Tiefpassfilterung funktioniert auch bei "großen" Kurven relativ sauber, falls man die Tiefpassfilterung im richtigen Koordinatensystem macht (z.B. in einem Erdfesten).
Sorry ich verstehe es nicht. Wie bitteschön wollt ihr herausfinden welcher Anteil aus euren gemessenen Beschleunigungswerten wirklich von der Gravitation und welche von Beschleunigungskomponeneten des Flumodells selbst kommt. Beschleunigung und Gravitation ist nicht unterscheidbar (auch wenn das nicht mehr Physik 10 Klasse ist :-)) Schaut euch mal an welcher Aufwand Robbe mit seinen Heli- Autopiloten treibt.
Udo. R. S.: Im wesentlichen bestehen die gemessenen Beschleunigungen aus der Erdbeschleunigung, Zentrifugalbeschleunigungen um alle 3 Achsen und Geschwindigkeitsänderungen entlang der Längsachse. Die kann man mit den entsprechenden Sensoren berechnen und vom gemessenen Beschleunigungsvektor abziehen. Gruß
Ja klar, aber nur wenn Du alle diese Werte misst und nicht wenn Du nur in den 3 Achsen einen Beschleunigungsssensor hast!
Stimmt natürlich. Hat hier aber auch länger schon keiner mehr behauptet. Jötze schrieb ja von einem "quasistatischen" System. Was natürlich mit dem vorliegenden Problem nix zu tun hat. Hmm.
lalala schrieb: > Hi Simon K.: > > a) Es gibt keine driftfreien Gyros, auch nicht für sehr viel Geld. > Allerdings ist bei (sehr) teuren und schweren Gyros die > Winkelgeschwindigkeit sehr wenig verrauscht (Angular Random Walk) und > ohne großes Bias (Rate Random Walk/Initial Bias). Dies macht sich vor > allem längerfristig bemerkbar (Stunden, Tage, ...). Ja, da stimme ich dir zu. Darauf wollte ich hinaus. Mit teureren Gyros ist es eben möglich längere Zeiträume integral-technisch zu überbrücken ohne großartig "korrigieren" bzw. filtern zu müssen. > b) Ohne Magnetometer/Kompass kann man auch die Lage nicht eindeutig > bestimmen: man weiß zwar ob man "waagrecht" ist, aber nicht wo Norden > ist. Stimmt, da war ich etwas zu schnell mit meinem "soweit noch möglich". Um zwei Achsen geht das aber :-) > c) Die Tiefpassfilterung funktioniert auch bei "großen" Kurven relativ > sauber, falls man die Tiefpassfilterung im richtigen Koordinatensystem > macht (z.B. in einem Erdfesten). Dafür muss man aber wissen, wie groß der Anteil der Fliehkraft im gemessenen Signal ist.
>> c) Die Tiefpassfilterung funktioniert auch bei "großen" Kurven relativ >> sauber, falls man die Tiefpassfilterung im richtigen Koordinatensystem >> macht (z.B. in einem Erdfesten). >Dafür muss man aber wissen, wie groß der Anteil der Fliehkraft im >gemessenen Signal ist. Genau, aber dazu müsstest Du bei einem Tragflächenmodell die Stellung des Querruders, des Seitenruders und der Wert der Geschwindigkeit in der Luft haben und zusätzlich noch ein Modell wie stark die Auftriebskraft bei den Werten ist. Viel Spass beim 'Basteln' eines Autopiloten :-)
Udo R. S. und Gaast: Beschleunigungssensoren auf Piezo-Basis messen grundsätzlich nur Beschleunigungsänderungen, damit fliegen konstante Beschleunigungen wie die Gravitation aus dem Messbereich erstmal komplett raus. Migo: Zum experimentieren sind die LYS300 ganz nett, da günstig, doch die Dinger sind nicht für Flugmodelle geeignet. Die Interne Arbeitsfrequenz der Gyros liegt bei knapp 4khz, also genau im Frequenzbereich der Vibration der Motoren eines Flugmodells, die kommen damit nicht klar.
was macht ihr euch ins hemd? es geht auch mit relativ einfachen mitteln, siehe hier: http://paparazzi.enac.fr/wiki/Main_Page passendes video dazu - ist ja winter: http://www.youtube.com/watch?v=M1k_TLcQ2ic
Udo. R. S. schrieb: > Genau, aber dazu müsstest Du bei einem Tragflächenmodell die Stellung > des Querruders, des Seitenruders und der Wert der Geschwindigkeit in der > Luft haben und zusätzlich noch ein Modell wie stark die Auftriebskraft > bei den Werten ist. > Viel Spass beim 'Basteln' eines Autopiloten :-) :-) Genau. Ich habe zb: Querruder voll links Seitenruder fast voll rechts ein wenig Höhenruder dazu Das Flugzeug fliegt geradeaus (wenn auch im Sinkflug), nur zeigt die Nase nicht mehr in Flugrichtung. So was nennt man 'slippen' und ist eine Methode, wie man zb im Landeanflug 'bremsen' bzw. Höhe abbauen kann. Viel Spass beim modellieren dieses Flugzustands mit Strömungsgleichungen :-)
lalala & Simon .k. >> c) Die Tiefpassfilterung funktioniert auch bei "großen" Kurven relativ >> sauber, falls man die Tiefpassfilterung im richtigen Koordinatensystem >> macht (z.B. in einem Erdfesten). >Dafür muss man aber wissen, wie groß der Anteil der Fliehkraft im >gemessenen Signal ist. Der Tiefpassfilter vielleicht, nicht aber dein Sensorsignal(Piezo Beschleunigungsmesser) , das konstante Beschleunigungen bei großen Kurven ausblendet. Große IMU Systeme arbeiten mit mehreren Sensoren: a: Faser-Optische Gyroskope haben sehr genaue Winkelauflösung und wenig Drift. Dient primär zur Lageerfassung des Fahrzeugs (an dem ja meist auch alle anderen Sensoren befestigt sind) b: GPS + Korrekturdatenempfänger (Deutscher Korrekturdatensendedienst heißt SAPOS) so schafft mann alle 1-2sek eine Positionsbestimmung auf wenige cm. Teilweise nimmt man 4 Empfänger, die in etwa Rechteckig angeordnet sind um eine zusätzliche Kontrolle zur Gyro Lageerfassung zu haben. c: Beschleunigungssensoren, um Kurzzeitige Positionsänderungen zwischen 2 GPS Auswertungen zu Interpolieren. d: Magnetometer + Aktuelle Magnetfeldkarte um die Nordrichtung Berechnen zu können. In der Schifffahrt müssen Magnetfeldkarten alle 2 Jahre erneuert werden. Das Magnetfeld der Erde ist halt im Schulunterricht mit Nord Süd sehr Idealisiert dargestellt, real hat Mutter Erde halt 4 Pole, Nord und Süd sind die kräftigsten Magnetfelder, einen weiteren pol gibts bei Sibirien, und einen etwa bei Argentinien. Das bringt grade auf langen Strecken jeden Kompass aus dem Tritt
Marc Van oosten schrieb: > lalala & Simon .k. > >>> c) Die Tiefpassfilterung funktioniert auch bei "großen" Kurven relativ >>> sauber, falls man die Tiefpassfilterung im richtigen Koordinatensystem >>> macht (z.B. in einem Erdfesten). >>Dafür muss man aber wissen, wie groß der Anteil der Fliehkraft im >>gemessenen Signal ist. > > Der Tiefpassfilter vielleicht, nicht aber dein Sensorsignal(Piezo > Beschleunigungsmesser) , das konstante Beschleunigungen bei großen > Kurven ausblendet. Ist das dein Ernst? Was sind das denn für Sensoren die nur die Änderung der Beschleunigung messen? Das wäre ja die Dritte Ableitung des Weges nach der Zeit ;) Bei einer gleichförmigen Kurve ist übrigens die gemessene Gravitation in die entsprechenden Richtungen auch konstant. Mir ist irgendwie schleierhaft, was du da schreibst. > b: GPS + Korrekturdatenempfänger (Deutscher Korrekturdatensendedienst > heißt SAPOS) so schafft mann alle 1-2sek eine Positionsbestimmung auf > wenige cm. Teilweise nimmt man 4 Empfänger, die in etwa Rechteckig > angeordnet sind um eine zusätzliche Kontrolle zur Gyro Lageerfassung zu > haben. Du willst mit 4 GPS Empfängern im Rechteck eine Lage messen?! Der leichteste Grund warum das schon nicht geht: GPS Signale kommen niemals senkrecht von oben. > d: Magnetometer + Aktuelle Magnetfeldkarte um die Nordrichtung Berechnen > zu können. In der Schifffahrt müssen Magnetfeldkarten alle 2 Jahre > erneuert werden. Das lässt sich sicher auch berechnen. Ich meine sogar, dass manche GPS Module die Informationen mitliefern. http://de.wikipedia.org/wiki/Deklination_%28Geographie%29 PS: Wie gesagt, die Sache mit der IMU hängt schwer davon ab, welche Informationen man benötigt.
Hi Marc Van oosten, Simon K., ein MEMS basiertes Accelerometer misst i.d.R. die totale Beschleunigung. Falls man ein erdfestes Bezugssystem nimmt, dann gibt es keine Zentrifugalkräfte. Mittelt man die Beschleunigungen (in diesem Bezugssystem) mit einer genügend "tiefen" Frequenz, dann verschwinden alle Beschleunigungen bis auf die Erdbeschleunigung.
Hi Simon K., Piezosensoren messen wirklich nur "kurzfristige" Beschleunigungen und somit keine konstante Erdbeschleunigung. http://de.wikipedia.org/wiki/Beschleunigungssensor#Piezoelektrische_Beschleunigungssensoren
> Falls man ein erdfestes Bezugssystem nimmt, dann gibt es keine > Zentrifugalkräfte. Mittelt man die Beschleunigungen (in diesem > Bezugssystem) mit einer genügend "tiefen" Frequenz, dann verschwinden > alle Beschleunigungen bis auf die Erdbeschleunigung. Schön für dich. Kannst ja mal versuchen, in einem erdfesten Bezugssystem zu rechnen, während die Daten die du erhältst aus einem beschleunigten und lageveränderlichen System kommen. Du kannst dein Flugzeug natürlich auch einfach stehen lassen. Dann ist es erdfest. Bisschen weit vom Thema weg, was? Dass Piezosensoren für diese Aufgabe ungeeignet sind, sollte langsam mal klar sein. Die Methode mit den Ruderstellungen ist viel zu ungenau, da Drehungen durch Turbulenzen nicht einbrechnet werden können.
Piezos und MEMS beschl.Sensoren haben halt unterschiedliche Mechanische Eigenschaften: MEMS Messen kapazitativ, statische- und kleine dynamische-Beschleunigungen typisch sind so 2-5g Beschleunigung, bei mehr gehen sie auch schon mal kaputt. Piezos können Große Beschleunigungsänderungen messen 100g teilweise ein vielfaches davon. (z.B. Airbag-Auslösung, ein MEMS wäre da eher kaputt und würde nicht auslösen) Simon: >> b: GPS + Korrekturdatenempfänger (Deutscher Korrekturdatensendedienst >> heißt SAPOS) so schafft mann alle 1-2sek eine Positionsbestimmung auf >> wenige cm. Teilweise nimmt man 4 Empfänger, die in etwa Rechteckig >> angeordnet sind um eine zusätzliche Kontrolle zur Gyro Lageerfassung zu >> haben. >Du willst mit 4 GPS Empfängern im Rechteck eine Lage messen?! Der >leichteste Grund warum das schon nicht geht: GPS Signale kommen niemals >senkrecht von oben. Das will ich nicht, sondern das habe ich:-) Vermessungsboote benutzen sowas. Es ist völlig egal woher GPS Signale kommen, jede Antenne bestimmt Ihre Position auf wenige cm genau, und wenn du den Abstand des Quadrates kennst, kannst du in einem Dreidimensionalen Koordinatensystem natürlich auch die Lage und Richtung (Geographisch Nord) des Fahrzeuges berechen, ist aber nicht so schnell wie Trägheitsnavigation Auf den netten Autos von Google Streetview kannst du das auch in der Praxis sehen, die benutzen das um die Georefferenzierung ihrer Fotos festzulegen.
Da vergleicht einer Boote mit Flugzeugen... Selten so einen lustigen Thread gelesen...warum gibt es seit 40 Jahren INS-Systeme in Flugzeugen, die kreiselstabilisiert sind (Laser-"Kreisel"!)?
Wenn sich die Leute mal von der Lagebestimmung loesen wuerden und sich der Regelung zuwenden ... Also die Regelstrecke besteht aus verschiedenen Elementen. Jede Achse hat ihr eigenes Massentraegheitsmoment. Allenfalls einen Drehimpuls um eine Achse. Die auftretenden Kraefte sind weitgehend durch die Aerodynamik bestimmt. Das Ganze zu modellieren ist Wenigen vorbehalten. Man kann aber einzelne Betriebszustaende linearisieren und approximieren.
Andy H Der INS oder IMU ist die Art und Weise Egal. 2 GPS Antennen werden u.a. beim Airborne Laserscanning eingesetzt, um langfristig die Missweisung gegen Geographisch Nord auf unter 20 mgon zu kompensieren. MiGo Um einen Regelkreis aufzubauen wäre es nett zu erfahren, was für ein Fluggerät den Stabilisiert werden soll, ein Flugzeug, Hubschrauber oder UAV unterscheiden sich von der Regelung ja schon ein wenig.
@Marc: Mit den 4 GPS Modulen wird aber keinesfalls eine Neigungswinkelbestimmung gemacht. So habe ich das nämlich verstanden.
Simon K. Doch, auch Neigungswinkel werden damit bestimmt, wenn du da was genaueres dazu wissen willst, das System heißt GNATTI von Geo++ Hier im Luftfahrtbereich : http://www.geopp.de/index.php?bereich=5&kategorie=39&artikel=112&template=2&PHPSESSID=b26e95b0bacf0935cf3253b269fae87c Falls du weitere Dinge zu Navigation, Lage usw. hast, gerne per PN, artet sonst zu sehr in OT aus.
Oha, danke für die Infos. Werde da mal reinschauen!
Ich bin begeistert, im Ernst, die Rege Beteiligung. Also habe sehr viel interressantes gehört. (und gesehen, die "papparazy-Hardware haben will, oder "in meinem Quadrokopter habe ich auch ...." spricht mich besonders an. Also mein "Fliescher" soll auch ein Quadrokopter mit Kamera werden. Ich hab mich bis jetzt auch einwenig "tümmer" gestellt. Ich weissssss das es hunderte schon realisiert haben und ich erfinde auch nicht gerne das Rad zweimal aber ich möchte selbst eingreifen können und auch das gefühl haben es im Griff zu haben. Aber auch möchte ich mich nicht von einem Anbieter abhängig machen lassen. Die Hardware für die Reglung ist eh schon extrem teuer. Was ich bis jetzt realisiert habe ist: Ein Mega8 zerlegt Summensignal meines Empfängers in 8 Kanäle (0..127, ich finde für Sollgrößen völlig ausreichend). Die Werte kann ich seriell abfragen (oder im polling lesen 20/sec bis jetzt) Auch habe ich bis jetzt über einen zweiten mega8 8 Kanäle auf Servo-Signal gewandelt. (50/sec in einer Auflösung 0...127, Meiner Meinung nach auch ausreichend für Standard-Brushless-Regler, da Motoren eigendlich träge sind durch Prop.) Hab allerdings schon einen Hitze-Tod von einem 30A-Regler. Vielleicht liegt das am zu schnellen auf und ab? Jetzt dachte ich noch an ein Board mit den, ja wenn es notwendig ist 6 sensoren für Lage etc und einem Höhenmesser. Auch dachte ich an einen Ultraschalsensor für Bodenabstand. Wenn jemand für ehrliches Geld ein Board (was auch Nachbaubar ist für spätere Absturz-Reperaturen) dann wäre ich stark interressiert. Ich werde mir auch papparazzi anschauen. Ich bin mir noch nicht zu 100% sicher ob das aufsplitten in 3 prozessoren immer von vorteil ist. Aber hier konnte ich eine gute Abarbeitungsgeschwindigkeit auch rein in Bascom erziehlen. Also wer sich angesprochen fühlt und lieber per email infos zukommen lassen möchte: mgdirectbox.de@directbox.com Vielen Dank bis jetzt an alle.
MiGo schrieb: > Also mein "Fliescher" soll auch ein Quadrokopter mit Kamera werden. Und warum sagst du das nicht gleich? Exakte Ausdrucksweise ist einer der Schlüsselfaktoren für 'Da werden sie geholfen!' http://www.mikrokopter.de
Ahja, ein Modell! Was da als "Gyro" bezeichnet wird ist in Wirklichkeit ein Beschleunigungsaufnehmer. Sonst nichts. Gruß, Nick
Nick Müller schrieb: > Ahja, ein Modell! > Was da als "Gyro" bezeichnet wird ist in Wirklichkeit ein > Beschleunigungsaufnehmer. Sonst nichts. Moaah. Das stimmt einfach nicht! Ein Gyroskop misst Winkelgeschwindigkeiten und keine Beschleunigungen (welcher Art auch immer). Der Fusionsalgorithmus vom Mikrokopter ist einfach und robust, wie ich finde. Es wird fortlaufend ein Integral der Gyroskope erstellt, welches mit dem Beschleunigungssensor verglichen wird und entsprechend in die "richtige Richtung gezogen wird". So wird das Integral vor dem wegdriften bewahrt. Genauer gesagt wird über 256 (etwa 4 mal pro Sekunde oder so) Werte das Integral, sowie der Winkel vom Beschleunigungssensor gemittelt. Dann das eine vom Anderen abgezogen. Dadurch bekommt man den "Fehler". Dieser wird skaliert und wieder auf das Integral draufgerechnet.
> Moaah. Das stimmt einfach nicht! Ein Gyroskop misst ...
Nun, dann mach mal das Kästchen auf was an Flugmodellen dran ist und
sich "Gyro" nennt. Es ist kein Gyroskop, es ist ein
Piezo-Beschleunigungsaufnehmer.
Im Modellbau wird das einfach flasch bezeichnet.
Gruß,
Nick
Dann musst du auch sagen, wo das so bezeichnet wird. Dein Post steht nämlich (so sieht es für mich aus) im Bezug zur Mikrokopter Seite.
Hallo Reinhard, > Eigentlich ist die Antwort in einem Satz zusammenzufassen, Niveau > Anfänger Physik: > Ein Flugzeug hat 6 Freiheitsgrade - Bewegung in 3 Richtungen und Drehung > um 3 Achsen. > > Man braucht also zur Beschreibung 6 Vektoren, und dementsprechend > Sensoren um diese zu erfassen. Damit klärst Du die Frage der Anzahl, aber nicht, weshalb es ein Gyroskop sein soll. Du könntest prinzipiell auch sechs Beschleunigungssensoren an verschiedene Orte positionieren, um die Lage des Flugzeugs zu messen: Möchtest Du eine Änderung der Flugrichtung detektieren, orientierst Du die Sensoren in Längsrichtung des Flugzeuges (d. h. sie "schauen" nach vorne) und befestigst einen Sensor rechts und einen Sensor links am Flugzeug. Die Differenz der Beschleunigungen ist dann ein Maß für die Drehbeschleunigung des Flugzeuges. Das Problem besteht darin, daß Du die Drehbeschleunigung zweimal integrieren mußt, um zur aktuellen Lage zu kommen. Die Fehlereinflüsse sind dabei so groß, daß eine praktische Messung unmöglich ist. > Alles andere ist hohles Geschwätz. Nein. Du bist nur etwas hochmütig und frustriert. Gruß, Michael
Die Messung der Drehbeschleunigung durch messen der Differenzbeschleunigung ist relativ schlecht (bei Modellbau "Fluggeräten"). Um ein sauberes Ergebnis zu bekommen, sollten die Sensoren weit voneinander entfernt sein und steif miteinander verbunden sein. Dies ist oft nicht möglich (kleines Modell, alles relativ flexibel). Auch kommt es wegen zu einer Verstärkung des Messrauschens der Beschleunigungsmesser, da man die Signale subthrahiert. Das zweimal integrieren wäre nicht so schlimm, falls man eine wenig verrauschte Messung hätte.
Das Integrieren ist auch nicht ganz ohne. Die Integrale werden immer wegdriften. Allein schon wegen Quantisierungsrauschen oder halt Sensordrift. Ohne absolute Stabilisierung (in welcher Form auch immer) ist da nichts zu machen. Man könnte aber einen weiteren (oder halt einen vorhandenen) Beschleunigungssensor benutzen um damit den G Vektor zu erfassen und das Integral zu stabilisieren (wie bei der Gyro Variante). Soweit ich weiß sind aber die Versuche schon daran gescheitert, dass die Differenzbeschleunigung so klein ist, dass sie im Sensorrauschen untergeht.
Hallo Simon, > Das Integrieren ist auch nicht ganz ohne. Die Integrale werden *immer* > wegdriften. Allein schon wegen Quantisierungsrauschen oder halt > Sensordrift. Ich hab sowas mal probiert, um die Kopforientierung zu messen. Es ging um die Realisierung eines 3d-Audio-Systems über Kopfhörer, bei der eine Schallquelle im Raum simuliert werden sollte. Nach einer Drehbewegung des Kopfes sollte das Orchester immer noch scheinbar aus derselben Richtung kommen wie zuvor (d. h. relativ zum Kopf aus einer anderen Richtung). Hierzu mußte die Kopforientierung gemessen werden. Die Idee mit den Beschleunigungssensoren habe ich schon in der Planungsphase aus prinzipiellen Erwägungen heraus verworfen. Das Problem ist wie Du schon sagtest der Offsetdrift: - Ein Offset bei einem Drehratensensor resultiert durch die nur einfache Integration in einem Fehler bei der Winkelbestimmung, der linear mit der Zeit wächst. - Ein Offset bei einem Beschleunigungssensor führt zu einem Fehler bei der Winkelbestimmung, der quadratisch mit der Zeit wächst, d. h. der Sensor meint, es läge eine beschleunigte Drehbewegung vor. Gruß, Michael
wie funktionieren jetzt euerer meinung nach die "gyros" eines elektrohelis mit heading-lock. Wenn ich es richtig verstanden habe, benötige ich für eine Schwebeplattform (Quadrokopter) dür die waagrechte ausrichtung nur die Beschleunigungssensoren, solange ich mich nur langsam rechts links oder vor und zurück bewegen möchte. Allerdings werde ich dann nicht um einen gyro für die Drehung um die senkrechte Achse herumkommen. Aber warum kann ich nicht aus zwei sich beim Drehen ändernden Beschleunigungswerten eine Drehrate errechnen? Das müsste doch irgend wie gehen.
Unsere Meinung war, dass man für eine Schwebeplattform mindestens Beschleunigungssensoren und Gyros braucht. Alternativ: Man kann die Drehrate aus drei Beschleunigungssensoren bestimmen wie oben gibt es keine Stabilisierung um die senkrechte Achse ohne extra Sensoren (Kompass, GPS,...). Aber: Diese Methode ist relativ unbrauchbar falls man "preiswerte" Hardware verwenden will und einen "kleinen" Hubschrauber. Das Rauschen der Sensoren wird durch die Bestimmung verstärkt und der kleiner Abstand zwischen den Sensoren hat einen negativen Einfluss auf das Rauschen. Prinzipskizze für 1D Fall: A----B A,B: Beschleunigungssensor, Beschleunigungen aA und aB werden gemessen ----: feste Verbindung mit Länge L Drehbeschleunigung: (aA-aB)/L Drehrate: Drehbeschleunigung integriert.
>Wenn ich es richtig verstanden habe, benötige ich für eine Schwebeplattform
(Quadrokopter) dür die waagrechte ausrichtung nur die Beschleunigungssensoren,
solange ich mich nur langsam rechts links oder vor und zurück bewegen möchte.
Ein Pendel spuert nur die Beschleunigung entlang der Schnur. Alles klar
weshalb ein Beschleunigungssensor nicht genuegt ?
ogim schrieb: > wie funktionieren jetzt euerer meinung nach die "gyros" eines > elektrohelis mit heading-lock. Wenn ich es richtig verstanden habe, > benötige ich für eine Schwebeplattform (Quadrokopter) dür die waagrechte > ausrichtung nur die Beschleunigungssensoren, solange ich mich nur > langsam rechts links oder vor und zurück bewegen möchte. Allerdings > werde ich dann nicht um einen gyro für die Drehung um die senkrechte > Achse herumkommen. Aber warum kann ich nicht aus zwei sich beim Drehen > ändernden Beschleunigungswerten eine Drehrate errechnen? Das müsste doch > irgend wie gehen. Heading Lock heißt nichts anderes, als dass der Knüppel an der Fernsteuerung die NickRate vorgibt. Also Stick nach vorne->Drehrate auf X gesetzt. Stick Neutral: Die Neigung bleibt erhalten (ungeregelt), die Drehrate ist, wie der Stick vorgibt 0. (Mal abgesehen vom Gyrodrift). Ist also nichts anderes als ein Regler, der die Drehrate regelt. Du kannst mit mehreren Beschleunigungssensoren auf einer Achse die Differenzbeschleunigung auswerten, das geht, da habe ich auch irgendwo (melexis?) mal eine AppNote zu gesehen. Es gibt aber bei kleinen Flugmodellen und somit bei kleinen Abständen zwischen den Beschleunigungssensoren das Problem, dass die Differenzbeschleunigung sehr gering ist. Und diese ist kaum auswertbar mit gängigen Beschleunigungssensoren, da diese "relativ" stark rauschen.
Nebliger Tag schrieb: >>Wenn ich es richtig verstanden habe, benötige ich für eine Schwebeplattform > (Quadrokopter) dür die waagrechte ausrichtung nur die Beschleunigungssensoren, > solange ich mich nur langsam rechts links oder vor und zurück bewegen möchte. > > > > Ein Pendel spuert nur die Beschleunigung entlang der Schnur. Alles klar > weshalb ein Beschleunigungssensor nicht genuegt ? Ich glaub das meinte er nicht. Er hat schon Recht, solange der Gravitationsanteil in der gemessenen Beschleunigung dominiert (langsame translatorische Beschleunigungen) kann man nur mit einem Beschleunigungssensor (bzw. 2 besser 3) die Waagerechte Laage halten. Azimut bzw. die Gierrate lässt sich nur mit einem Gyro stabilisieren (und Magnetsensor zB als absolute Referenz).
Simon K. schrieb: > @Reinhard: Hat doch niemand bezweifelt, dass es 6 Freiheitsgrade gibt. > Aber um mal wieder auf mein Quadrokopter Beispiel zurückzukommen sind > die 3 Translationsfreiheitsgrade für eine einfache Schwebeplattform > überflüssig (Kommt natürlich auf die Anforderungen an, die man stellt). Nein Simon, Reinhard hat schon recht. Du vergisst, dass DU die 3 Translationsfreiheitsgrade mit Deiner Fernsteuerung regelst. Die Augen sind die Sensoren für die Beschleunigung, das Gehirn der Regler... Grüße, Daniel
Daniel H. schrieb: > Simon K. schrieb: >> @Reinhard: Hat doch niemand bezweifelt, dass es 6 Freiheitsgrade gibt. >> Aber um mal wieder auf mein Quadrokopter Beispiel zurückzukommen sind >> die 3 Translationsfreiheitsgrade für eine einfache Schwebeplattform >> überflüssig (Kommt natürlich auf die Anforderungen an, die man stellt). > > Nein Simon, Reinhard hat schon recht. Du vergisst, dass DU die 3 > Translationsfreiheitsgrade mit Deiner Fernsteuerung regelst. Die Augen > sind die Sensoren für die Beschleunigung, das Gehirn der Regler... Das weiß ich. Habe ich doch auch gar nicht angezweifelt, dass noch andere Regler (Ich als Mensch) im Spiel sind. Es ging aber doch bloß darum, was man bei Quadrokoptern macht und was nötig ist um den Anforderungen für einfaches Schweben zu genügen. Und dafür reicht es eben, eine Regelung der Neigungswinkel zu realisieren. "Alles andere" ist "schon vorhanden".
In der manntragenden Luftfahrt werden Kreiselsysteme oft vom Fahrtwind angetrieben, damit sie auch beim Ausfall der El-Systeme weiter funktionieren.
Das sind dann aber mechanische Gyroskope :D http://de.wikipedia.org/wiki/Gyroskop Aber keine Piezo oder MEMS Gyroskope. Die brauchen keine Luft.
migo schrieb: > Warum arbeiten alle käuflich erwerblichen (oder vermutlich alle > Profi-Flugreglungen) mit Beschleunigungssensoren und zusätzlich mit > Gyroscopen. falsch rum. in erster linie, mit Gyroscopen als zusätzliche komponente, mit Beschleunigungssensor. (um autonom, die lage zu finden)
Hallo zusammen und ein "Gesundes" Habe durch euere Hinweise augenmerk auf "9 Degrees of Freedom ". Es ist eine Sensorplatine mit folgenden Sensorwerten über Rs232: 3-Achen Gyro, 3-Achsen Beschleunigung und 3-Achsen Magnetfeld. Klingt für mich mal ganz gut. Hat jemand damit erfahrung gemacht. (oder mit einer ähnlichen Sensorpaltine Degrees of Freedom" auch von SparkFun. Ich hoffe jemand kann mir was dazu sagen. Was ich nicht finden kann auf http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9510 ist, wie die serielle Kommunikation genau aussieht. Es sind allerhand sachen zum Download angeboten wie Datenbätter von ICs...... aber keine Beschreibung über Datenprotokoll. Na ja auf alle Fälle nochmals Danke für die rege Beteiligung mfg MiGo
Da ich mich mit dem selben "Problem" seit geraumer Zeit beschäftige noch einen kleiner Tipp: Bei der Verwendung des Magnetometers zur Berechnung des Normalenvektors (Der Pfeil der zum Boden zeigt) sollte man die Deklination und Inklination berücksichtigen. Ein GPS ist dabei sehr hilfreich. Den Algorithmus zur Korrektur gibt's in C- und Fortran- Implementierungen übrigens hier: http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html Rippen und Holmbruch ... Gruß buffalo
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