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
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.
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
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.
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.
> 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.
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
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
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".
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
