Neigungsmessung in einem Flugzeug

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03.02.2005, 15:29
Stefan Easycopter

Hi Robert,

Zitat:

Wie gesagt, das Errechnen der effektive Lage durch Kumulieren der Beschleunigungen ist natürlich streng.
Aber DASS das Werkel zu rollen beginnt, zeigt dir die Präzessionsbew. eines Kreisels sehr genau und sehr empfindlich.

Der Kreisel zeigt mir zuverlässig an, dass ich um die Achse rotiere, aber findet der nach einiger Zeit wieder seine Nullachse?? Die brauch ich nämlich dringend ! Gottfreak hat ja sehr schön erklärt, dass die berechnung der Orientierung über die Integration zu mehr oder weniger großen Fehlern führt...

Dann benötige ich wohl zusätzlich wieder einen Neigungssensor, um dem Kreisel seine Nulllage mitzuteilen. Aber dann würd ich mir eben gern den Kreisel sparen...

(nicht nur weil der Geld kostet, sondern weil nur eine Bauteil, das nicht verbaut ist, sicher nicht ausfällt O:) )

Stefan
03.02.2005, 15:42
PicNick

Andere (blöde) Frage : Sind nicht eigentlich die Anströmverhältnisse fast wichtiger und aussagekräftiger als die Lage im Raum ? Ich meine, du willst doch wissen, wie der Vogel liegt, um zu korrigieren ?
Und noch eine (indiskrete) Frage: Das Gerät ist um alle Achsen steuerbar, nur um die Längsachse nicht ?
mfg
03.02.2005, 16:02

Zitat:

Andere (blöde) Frage : Sind nicht eigentlich die Anströmverhältnisse fast wichtiger und aussagekräftiger als die Lage im Raum ? Ich meine, du willst doch wissen, wie der Vogel liegt, um zu korrigieren ?

bei einem Flächenflugzeug: ja, bei einem Drehflügler sieht das anders aus... die Querlage ist allerdings bei beiden wichtig, nur interessiert mich z.B. die IAS (Indicated Airspeed) als Maß für die Anströmung weniger als bei einem Flächenflugzeug, es gibt ja keinen "Stall" bei einem Drehflügler.

Zitat:

Und noch eine (indiskrete) Frage: Das Gerät ist um alle Achsen steuerbar, nur um die Längsachse nicht ?

So iss es. Ist aber Absicht. Prinzipiell könnte man auch "roll" steuern (der eingebaute Computer muss es ja auch können), aber der Pilot soll das nicht machen müssen. Die Idee beim Easycopter ist eben auch "Easy fliegen": man drückt den Joystick nach vorne um Fahrt aufzunhemen (die Rotorachse neigt sich wie bei einem Hubschrauber) und fliegt Kurven indem man den Stick seitlich bewegt - das bewirkt aber kein Rollen sondern eine Drehung um die Hochachse (verleichbar dem Seitenruder beim Flugzeug). Die (minimale erlaubte) Querlage beim Kurvenflug wird vom Computer kontrolliert ... damit wären wir wieder beim Thema ...

MfG

Stefan
03.02.2005, 16:16
PicNick

I see the point. Der Passagier kann zwar, soll aber nicht. Sozusagen "fly-by-wire" aber noch ein's drauf.
Na, vielleicht fällt mir ja noch was ein, mal sehen
mfg robert
03.02.2005, 17:27
Gottfreak

Zitat:

Vielleicht kennst du "Where am I ?" (Uni Michigan)

Ich hab's mir gesaugt(schon vor ein paar Monaten, gibt's das echt nicht mehr im Netz?), aber bisher nur das Kapitel über Kreisel gelesen und ein paar andere überflogen.

Zitat:

Bist Du schon voran gekommen, d.h., hast Du schon Testflüge oder ähnliches durchführen können? Vielleicht sollten wir mal eine Art Webring oder private Mailgruppe bilden, um uns auszutauschen.

Einen(manuellen) Probeflug hab' ich gemacht(und die Sensordaten aufgezeichnet). Dabei war die Abweichung in den(nur leichten) Kurven nicht aus den Messdaten zu erkennen(kann aber auch daran liegen, dass die Roll-Neigung dabei meistens recht groß war.).
Die Lageregelung allein mit dem ADXL hat bei einem Test auf einem Küchenmixer(vibriert ziemlich) montiert noch recht gut funktioniert.
Die Kreiseldaten sind leider noch recht ungenau(ich gebe bisher ein Servosignal in einen Modelkreisel hinein und messe, wie der übersteuert. Irgendwann muss ich wohl das massive Plastikgehäuse aufbrechen und sehen, ob ich nicht direkt an den Sensor komme. Wenn jemand einen Plan vom "MI-cro PIEZO Gyro" hat, würde das helfen.).
Zur Mailgruppe(o.Ä.): gern

Zitat:

Ich wiederhole mich dabei bestimmt, aber meiner Meinung nach kann man das Problem der Fluglagekorrektur auf eindeutige Weise nur mit einer sog. IMU realisieren.

Soweit ich weis, fasst man unter dem Begriff IMU (inertial measurement unit) eine Kombination aus Kreiseln und Beschleunigungssensoren zusammen.
Also auch damit allein würde man das Problem der sich ständig addierenden Fehler relativer Messungen nicht loswerden(es sei denn, man erreicht eben eine unbeschleunigte Lage, in der man im Flug neu kalibrieren kann.). Irgendeine Ergänzung muss es daher ohnehin noch geben und ich suche immernoch danach, was das sein könnte(das man sich leisten kann und in ein Model passt).
03.02.2005, 18:06
voidpointer

OK, mal sehen, was wir haben. Der Easycopter soll über 2 Achsen gesteuert werden und diese dann auf 3 Achsen (oder mehr) umsetzen. Für die Messung von "roll" würde ein idealer Gyro-Sensor reichen. Da es diesen aber nicht gibt, könnte man die Messung mit 2 Accelerometern verbessern.

Die Roll-Achse wird aber auch durch die beiden anderen Achsen beeinflusst. 90 Grad Roll erreicht dieselbe Lage wie 90 Pitch + 90 Yaw - 90 Pitch. Also braucht man vielleicht auch Gyros für die beiden anderen Achsen. Ein dritter Accelerometer wäre vielleicht auch nicht schlecht. Das ergibt eine klassische IMU.

Da alle Sensoren driften - besonders die billigen - muss man versuchen, durch mechanische und elektronische Methoden den Fehler gering zu halten und durch mathematische Methoden zu korrigieren. Dies soll ein Extended Kalman Filter bewirken, über den jede IMU verfügen sollte. Ob er es schafft, den Fehler völlig zu beseitigen, weiss ich nicht. Aber man kann versuchen, durch zusätzliche Sensoren, wie etwa 3D-Magnetometer die Fehlerkorrektur zu unterstützen. Solche IMUs müsste es schon so um die 1000 Euro geben.

Zitat:

Also auch damit allein würde man das Problem der sich ständig addierenden Fehler relativer Messungen nicht loswerden(es sei denn, man erreicht eben eine unbeschleunigte Lage, in der man im Flug neu kalibrieren kann.)

Ein Nicht-Kunstflugzeug mit Tragflächen in V-Form sollte die horizontale Lage wieder von selbst einnehmen, sobald die Querruder neutral stehen. Modellflugzeuge ohne Querruder tun dies ja auch. Sofern die Windverhältnisse nicht zu ungünstig sind, würde also ein gutmütiges, austariertes Flugzeug ohne eine IMU auskommen - der ideale Einstieg für autonome Flugzeuge. Der Beweis muss allerdings noch erbracht werden ;-)

Für Helikopter kenne ich allerdings kein solches Stabilisierungssystem :-(

Gruß Achim.
03.02.2005, 18:27
voidpointer

@Gottfreak:

Zitat:

Einen(manuellen) Probeflug hab' ich gemacht(und die Sensordaten aufgezeichnet). Dabei war die Abweichung in den(nur leichten) Kurven nicht aus den Messdaten zu erkennen(kann aber auch daran liegen, dass die Roll-Neigung dabei meistens recht groß war.).
Die Lageregelung allein mit dem ADXL hat bei einem Test auf einem Küchenmixer(vibriert ziemlich) montiert noch recht gut funktioniert.

:-) Das hört sich gut an. Vielleicht hast Du irgenwie eine Möglichkeit, Fotos und Messdaten auf einer Webseite zu veröffentlichen.

Zitat:

Die Kreiseldaten sind leider noch recht ungenau(ich gebe bisher ein Servosignal in einen Modelkreisel hinein und messe, wie der übersteuert. Irgendwann muss ich wohl das massive Plastikgehäuse aufbrechen und sehen, ob ich nicht direkt an den Sensor komme. Wenn jemand einen Plan vom "MI-cro PIEZO Gyro" hat, würde das helfen.).

Hast Du die Übersteuerung zusammen mit den anderen Daten aufgezeichnet? Hm, kann sein, dass die zur Korrektur eine ungenaue Elektronik haben oder die Sample-Rate zu klein ist. Da könnte Auseinandernehmen vielleicht helfen. Ich habe hier eine IMU mit CG-16 Gyros(Tokin). Ich hoffe, dass ich im Frühjahr mit den Testflügen beginnen kann.
03.02.2005, 20:35
Gottfreak

Zitat:

Vielleicht hast Du irgenwie eine Möglichkeit, Fotos und Messdaten auf einer Webseite zu veröffentlichen.

Eine Webseite hab' ich leider nicht und auch(noch) keine Fotos. Ich kann aber bei Interesse ein paar Fotos machen(und auch Messdaten dazu posten, leider alle Werte nur in 8Bit, effektiv nutzbar vielleicht 7).Vielleicht sollten wir dazu einen neuen Thread aufmachen - wieviel Material ist hier im Forum so möglich(bzw. beeinträchtig nicht den restlichen Betrieb)?. Ab morgen hab' ich erstmal Semesterferien(bin dann das Wochenende weg, aber am Montag meld' ich mich mal mit 'nem Bild und 'ner Kurve und hab' dann auch'n bischen Zeit für neue Tests.).

Zitat:

Hast Du die Übersteuerung zusammen mit den anderen Daten aufgezeichnet?

Der Kreisel ist leider noch nicht geflogen. Die Werte hab' ich nur durch Tests auf 'nem Getriebemotor montiert gemessen.

Zitat:

Hm, kann sein, dass die zur Korrektur eine ungenaue Elektronik haben oder die Sample-Rate zu klein ist. Da könnte Auseinandernehmen vielleicht helfen.

Das kann sein(hab' das Teil gebraucht und ohne Datenblatt bei Ebay erworben, weis also fast nichts darüber. )
Dazu kommt noch, dass ich ein sepparates Servomodul(bestehend aus einem AT90S2313) verwende, das ein Servosignal im mittleren Stellbereich(18,5ms aus, 1,5 an) erzeugt und dabei die An-Zeit des Ausgangssignals des Kreisels misst. Das Ganze geht dann über die serielle Schnittstelle an den Haupt-AVR, der die Daten aufzeichnet(oder auf den Rechner ausgibt, was natürlich beim Drehen zu Problemen mit der Kabelführung führt.). Im Ergebnis kommen verschiedene Ungenauigkeiten(das Generieren des Signals, der Gyro an sich und das messen der PWM sowie die Ungenauigkeit meines Testaufbaus) zusammen, die ich bisher nicht sauber trennen konnte.

Zitat:

Ich habe hier eine IMU mit CG-16 Gyros(Tokin). Ich hoffe, dass ich im Frühjahr mit den Testflügen beginnen kann.

Dabei wünsche ich dir viel Glück. Hast du schon Tests im "Labor" gemacht und kannst was zur Genauigkeit sagen, die du erreichst?
06.02.2005, 21:01
voidpointer

Zitat:

Hast du schon Tests im "Labor" gemacht und kannst was zur Genauigkeit sagen, die du erreichst?

Nee sorry, Tests habe ich schon gemacht. Daten sind auch verfügbar. Aber über Genauigkeiten kann ich noch nichts sagen :-( Dazu müsste man erstmal einen vernünftigen Testaufbau machen und vielleicht die Software für schreiben. Muss ich mal in Angriff nehmen...
07.02.2005, 01:32
cabdriver1977

hallo leute!

ich hab vor mir einen modellbau-gyro liegen (G400 glaub von Robbe ist der) und wurd den gern zusammen mit meiner gps-maus als navigationssystem verwenden.
weis wer, kann ich den chip direkt ansprechen (zb leitungen anlöten) oder könnte es ausreichen einfach nur die resultierenden signale an die servos
auswerten.
diese modellbau-gyros sind relativ billig (im gegensatz zu ihren "großen" brüdern) und eigentlich genau genug für eine nicht allzu lange strecke.
braucht man ja nur wenn man mal das gps-signal "verloren hat. soll ja vorkommen in wiens stadtschluchten.
ist es eigentlich einfach diese servo-steuersignale auszuwerten.
ich denk mal ein microcontroller kann da wertvolle arbeit leisten.
bevor ich meinen linuxrechner realtime-tauglich mach, scheint mir das sinnvoll.
danke

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