Regler für SpaceX Raketen

Johannes N. schrieb:
> Hi,
>
> welche Regler wird denn in den Raketen von SpaceX verwendet? Also mich
> interessiert es wie es SpaceX schafft die Raketen zo zu steuern dass
> diese aufrecht an an einer genau definierten Stelle landen können. Wird
> da ein PID Regler verwendet oder benötigt man da Nichtlineare Regler?
> Danke

So einfach ist das nicht. Warum denkst du existiert der Begriff 
"Raketenwissenschaft"?

Moin,

Vielleicht erstmal gucken, wie das Mischgeraet in der A4 geregelt hat; 
dann weiter forschen Richtung SpaceX...

Gruss
WK

Für Grundlagen empfehle ich Föllinger: "Regelungstechnik", und dann 
vieleicht "Identifikation dynamischer Systeme", und/oder Bücher zur 
Vertiefung digitaler Regelalgorithmen.
"Theorie statistischer Signale" passt zwar nicht ganz ist aber nicht 
verkehrt zur Ergänzung.
Zu meiner Zeit gab es da ein 3 Jahre Regelstudienzeit dauernde 
Vertiefung nach dem Vordiplom.

Aber vieleicht findet sich jemand der das in ein 20 Zeilen Forumsbeitrag 
eindampfen kann :-)

Fruchtgurke schrieb:
> Das ist einfacher als man denkt. Bei der Landung ist die Nutzlast
> abgetrennt, der Tank ist fast leer, und somit liegt der Schwerpunkt ganz
> unten im Triebwerk. Der Raketenkörper selber ist in Leichtbauweise
> gefertigt und hat nur eine relativ geringe Massenträgheit. Somit ist
> praktisch nur eine fast punktförmige Masse zu steuern und das ist leicht
> regelbar.

Und weil es so einfach ist haben die Leute von spaceX die ersten Booster 
just for fun bei der Landung zerstört, nicht wahr?

Fruchtgurke schrieb:
> und wie ich bereits geschrieben hatte: die Crashs  bei den ersten
> Landungen hatten nix mit der Regelung zu tun

Ach komm; einfach ignorieren hier, die ganzen Kaschber – immer dran 
denken, das Forum hier ist das Äquivalent zum Ca$in0 für die Leute, die 
ihren Hartz-Regelsatz diesen Monat schon  verbraucht haben.
Muss man sich mal klar machen: Da behauptet der Kaschber, nur, weil die 
Entwicklung eines Teils eines Gesamtsystems als "leicht" bezeichnet 
wird, heißt das automatisch, dass der erste Test des Gesamtsystems 
problemlos und erfolgreich verlaufen muss.
Kann man sich nur noch an den Kopf fassen bei der "Logik" hier.

Johannes N. schrieb:
> welche Regler wird denn in den Raketen von SpaceX verwendet? Also mich
> interessiert es wie es SpaceX schafft die Raketen zo zu steuern dass
> diese aufrecht an an einer genau definierten Stelle landen können.
Mindestens 2: einer sorgt dafür, dass die richtige Position erreicht 
wird. Also im Grunde ein dreidimensionaler Lageregler.
Und ein weiterer Winkelregler sorgt dafür, dass dann die Spitze oben 
ist.

Gleich darunter sind natürlich viele andere Regler am Werk, die andere 
Teilaufgabe erledigen.

Fruchtgurke schrieb:
> Crashs  bei den ersten Landungen hatten nix mit der Regelung zu tun
Nein, halt nur damit, dass die Regler ihre Arbeit nicht mehr zur 
allseitigen Zufriedenheit erledigen konnten.

First things first. Zuerst muss man das Ding mal in die Luft, bzw. 
Richtung Vakuum bekommen.

https://youtu.be/O8Tdm797BzM?t=5605

Merke, das spitze Ende muss unter allen Umständen nach oben und das 
heiße Ende nach unten zeigen.

Fruchtgurke schrieb:
> Das ist einfacher als man denkt. Bei der Landung ist die Nutzlast
> abgetrennt, der Tank ist fast leer, und somit liegt der Schwerpunkt ganz
> unten im Triebwerk. Der Raketenkörper selber ist in Leichtbauweise
> gefertigt und hat nur eine relativ geringe Massenträgheit. Somit ist
> praktisch nur eine fast punktförmige Masse zu steuern und das ist leicht
> regelbar.

Gerade die Lageregelung einer punktförmigen Masse dürfte eher schwerer 
sein als die einer noch vollen Rakete, da dabei die Massenträgheit 
vor/über dem Schwerpunkt fehlt.
Siehe umgekehrtes Pendel.

Cyblord -. schrieb:
> So einfach ist das nicht. Warum denkst du existiert der Begriff
> "Raketenwissenschaft"?

Das glaube ich wohl. Und frage mich, wie Raketen in den Anfängen 
gesteuert wurden ohne Mikrocontroller. Immerhin ist schon Juri Gagarin 
Anfang der 60er Jahre heil zur Erde zurückgekehrt. Und vorher wurden 
bereits Viecher in den Weltraum geschossen. Waren diese Raketen auch 
schon elektronisch gesteuert?

Moin,

Rainer Z. schrieb:
> Waren diese Raketen auch
> schon elektronisch gesteuert?

Schreib' ich chinesisch?

Dergute W. schrieb:
> Vielleicht erstmal gucken, wie das Mischgeraet in der A4 geregelt hat;
> dann weiter forschen Richtung SpaceX...

Gruss
WK

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Fruchtgurke schrieb:
>> Wenn die Ventile für die Treibstoffe nicht schnell genug
>> reagieren oder gar der Tank zu früh leer ist, crasht die
>> Rakete auch. Das hat aber nix mit der Regelung an sich zu tun
>
> Aber sicher doch gehören diese Faktoren zur Regelungstechnik dazu. Du
> kannst die Regelung niemals lösgelöst vom Fahr/Flug-Zeug betrachten.
>
> Siehe "Mercedes Elchtest". Nachdem sie die Regelung an das Fahrzeug
> anpassten, wurde der Wagen verkaufsfähig - bis heute.

Genau.

Ventile die nicht schnell genug reagieren sind als wesentlicher Teil der 
Regelstrecke (Stichwort: Totzeit) zu brtrachten. Und genau die Totzeiten 
machen es einem einfachen Regler schwer.

Ich nehme auch an, solche Regler arbeiten auch meist mit einem Modell 
der (Mehrgrößen-)Regelstrecke und versuchen zu jedem Zeitpunkt die 
Steuerbarkeit maximal zu halten indem sie eine Prognose der Regelgrößen 
berechnen und daraus die am besten geeignete berechnen. Das macht der 
PID nicht. Der nimmt eine einfache Regelstrecke 1. Ordnung ohne 
Totzeiten an.

Vor vielen Jahren hatte ich mal eine Habilitationsschrift eines 
Mathematikers der TU München gelesen, der in den 1970er den 
Wiedereintritt eines Space-Shuttles untersucht hat. Da ging es auch 
darum die Steuerbarkeit zu erhalten - und gleichzeitig dafür zu sorgen 
dass der Flugkörper nicht überhitzt. D.h. Regelung mit Randbedingungen 
ist noch komplexer.

Ein einfacher PID reicht da nicht.

Hier kann man (sofern Student) das anscheinend am Beispiel eines 
Hubschraubers lernen: 
https://www.asg.ed.tum.de/ht/lehre/lehrveranstaltungen-wintersemester/hubschrauber-flugmechanik-und-flugregelung/

> Die Vorlesung soll dem Studenten das Verständnis für das physikalische Prinzip 
der Entstehung der am Hubschrauber wirkenden Kräfte und Momente vermitteln, die 
die Flugeigenschaften, also die Stabilität, die Steuerbarkeit und das 
Störverhalten des Hubschraubers bestimmen. Die Kenntnis der Regelstrecke und das 
Verständnis für die Funktion der Regelstrecke sind Voraussetzungen für die 
Auslegung eines Reglers, dessen Aufgabe es ist, die Flugeigenschaften zu 
verbessern. Die durch die Vorlesung erworbenen Kenntnisse auf dem Gebiet 
Hubschrauber- Dynamik, -Steuerung und -Regelung bilden eine Grundlage für das 
weitere Studium der Hubschraubertechnik.

Ähnliches wird wohl auch irgendwo für landende Raketen zu lernen sein.

Rainer Z. schrieb:
> Das glaube ich wohl. Und frage mich, wie Raketen in den Anfängen
> gesteuert wurden ohne Mikrocontroller.

Schon die V2 war eine technische Meisterleistung. Mit Gyro und 
Analogrechner drin. Kann man aber alles en Detail im Netz nachlesen.

Fruchtgurke schrieb:
> Somit ist praktisch nur eine fast punktförmige Masse zu steuern
> und das ist leicht regelbar.
Wenn diese angenommene punktförmige Masse denn an allen Seiten eine 
beliebig ausdauernde Kraftquelle hätte.

Es gibt übrigens unzählige Möglichkeiten, diese punktförmige Masse an 
die richtige Stelle (ein paar Meter über dem Landepad) zu platzieren, 
allerdings kommt es dann darauf an, dass in diesem kurzen Augenblick die 
Triebwerke unten und die Spitze oben sind. Und zwar bis auf wenige 
Bruchteile eines Grads genau. Das ist es, was die Sache etwas 
verkompliziert.

Hier sind ja wieder alle Regelungstechnikexperten vereint.
Da wird entweder ein LQR, H-infty oder MPC laufen.
Ich tippe auf H-infty

Ich bin mir sicher, dass es ein PEES-Regler ist...

scnr