Hallo allerseits, Das Thema gabs hier schonmal, aber ich wollte den alten Thread nicht wieder ausgraben. Ich habe eine Frage betreffend eines Quadrokopters*. Und zwar: Man sieht diese Quadrokopter eigentlich immer mit Brushless-Motoren realisiert. Da man dafür aber 4*3 = 12 Transistoren, sowie noch Kleinteile und eventuell mehrere Mikroprozessoren für die reine Ansteuerung benötigt, fragte ich mich, ob man dies nicht auch mit normalen Bürstenmotoren hinkriegt. Gibt es also einen speziellen Hintergrund, warum BL Motoren verwendet werden? Konstante Geschwindigkeit aller 4 Rotoren? Oder ist es schlicht und einfach nur der höhere Leistung/Gewicht Faktor? Denn würde man wirklich einen solchen Bürstenmotor verwenden, wären nur noch 3 Transistoren von nöten.. Vielen Dank schonmal im Voraus. * http://mikrokopter.de/ http://uavp.de/
siedhe die FAQ von http://forum.xufo.net/bb/viewtopic.php?t=4236: "Die Motoren: Im Vergleich zum Gewicht ist die Leistung und der Wirkungsgrad von bürstenlosen Motoren unschlagbar. Im Vergleich zu den Bürstenmotoren ist aber auch der Preis nicht unerheblich. "
Die "mitgelieferte" Drehzahlerkennung bei den Brushless-Motoren ist bei der Steuerung ein entscheidender Vorteil, ebenso die Verschleißarmut bei hohen Drehzahlen. Ich denke, die paar Transen und Steuerpins sollten nicht das Problem sein. Der Preis von Brushless-Motoren ist in jedem Fall gerechtfertigt, wenn man nicht gerade an einen Apothekenvertrieb geraten ist.
Man kann auch Bürstenmotoren verwenden. http://www.smartflyer.de/index.html Fast alle Mini/Mico/Nanokopter benutzen Bürstenmotoren. Mit der Regelung hat das garnichts zu tuen. Die exakte Geschwindigkeitsregelung der Motoren ist bei einem Quadrokopter im Grunde irrelevant da man einen Regelkreis benutzt der direkt die erzeugte Leistung der Motoren über Kreisel/Gyroskope regelt. Man regelt also allerhöchsten indirekt die Drehzahlen der Motoren, die exakte Drehzahl ist unwichtig in diesem Regelkreis. Dh. die Motoren laufen in den wenigsten Fällen mit synchronen Drehzahlen, alleine schon aus dem Grund weil die Propeller nicht exakt gleiche Leistungen bringen. Gruß Hagen
Hagen Re wrote: > Man kann auch Bürstenmotoren verwenden. > > http://www.smartflyer.de/index.html > > Fast alle Mini/Mico/Nanokopter benutzen Bürstenmotoren. > Mit der Regelung hat das garnichts zu tuen. Die exakte > Geschwindigkeitsregelung der Motoren ist bei einem Quadrokopter im > Grunde irrelevant da man einen Regelkreis benutzt der direkt die > erzeugte Leistung der Motoren über Kreisel/Gyroskope regelt. Man regelt > also allerhöchsten indirekt die Drehzahlen der Motoren, die exakte > Drehzahl ist unwichtig in diesem Regelkreis. Dh. die Motoren laufen in > den wenigsten Fällen mit synchronen Drehzahlen, alleine schon aus dem > Grund weil die Propeller nicht exakt gleiche Leistungen bringen. > > Gruß Hagen Aha! Das mit dem Regelkreis war auch mein Gedanke. Naja, Brushless Motoren sind schon ziemlich teuer... Eine weitere Frage: Um den Quadrokopter zum Beispiel im Nullpunkt gerade zu halten benötigt man doch eigentlich nur 2 Gyros, oder nicht? Denn der Flieger kann doch eh nur über die Nick und Roll-Achse gesteuert werden. Was wird mit dem dritten Gyro gemacht? Warum sollte sich das Flugobjekt jemals um die Gier-Achse drehen? Und außerdem: Wofür wird oftmals dieser Beschleunigungssensor eingebaut? Ist das nur um einem die Möglichkeit zu geben, die Geschwindigkeit (statt der Nick-Achse) per Knüppel vorzugeben, sodass man sich nicht um das Nicken kümmern muss? Danke nochmalst ;)
Verschleiß und Leistung im Verhältnis zu Gewicht bestreitet keiner. Dh. aber eben nicht das Bürstenmotoren nicht ausreichend Power hätten ;) und man nun immer Brushless bauen muß. Für den Anfang halte ich bei einem kleinen Quadrokopter die Lösungen von Hartmut Kaak (Link oben) am erfolg versprechensten. Keine aufwendige Motorsteuerung und dafür konzentiert man sich erstmal auf die wesentlichen Teile wie Mechanik und Regelkreis der Kreisel. Gruß Hagen
Okay, ich glaube für die Notwendigkeit des XYZ-Achsenbeschleunigungsmesser habe ich eine Erklärung gefunden: Wenn das Flugobjekt schräg (zB NickAchse um 45° nach vorn genickt) steht, wird keiner der Rotationsgyros einen Ausschlag geben. Logisch: Es rotiert ja nicht. Aber es hat eine starke Bewegung vorwärts. Der Beschleunigungssensor würde zwar auch kein Ausschlag mehr geben zu diesem Zeitpunkt, aber da man ja intern die Geschwindigkeit davon ableiten kann, wüsste man zu diesem Zeitpunkt, dass das Flugobjekt sich aufjedenfall nach vorn bewegt.
>Eine weitere Frage: Um den Quadrokopter zum Beispiel im Nullpunkt gerade >zu halten benötigt man doch eigentlich nur 2 Gyros, oder nicht? So genau kenne ich mich mit den Fachbegriffen nicht aus, aber du benötigst 3 Kreisel. Nick, Roll und Gier-Achse. Die Gierachse ist die Drehung um sich selber. Damit steuert man die Richtung in die man horizontal fliegt. Bei einem normalen Heli ist das der Heckrotor. Dort hat er noch die Funktion die durch den Hauptrotor entstehenden Trägheitskreiselbewegungunen in die entgegengesetzte Richtung auszugleichen. Ohne Heckrotor würde der Heli sich entgegengesetzt der Hauptrotordrehung drehen. Ein Quadrokopter ist im Prinzip gleich zu einem Koaxialrotor. Es gibt also zwei identische Rotoren die sich gegenläufig drehen. Von daher würde man eigentlich keinen Gier-Kreisel benötigen, wenn man es schaffen würde das sich alle Rotoren bei unterschiedlichen Belastungen/Leistungsverlusten immer synchron ihre Leistung abgeben. Das dürfte aber praktisch nicht möglich sein. Dh. der Gierkreisel ist notwendig damit der Kopter immer in die gleiche Richtung schaut. Würde man dies nicht machen so könnte der Kopter um seine eigene Achso rotieren. Nun stelle dir mal vor die steuerst diesen in leichte Schräglage, einfach um horizintal vorwärts zu fliegen. Dein Kopter würde durch die Gierrotation nicht mehr geradeaus fliegen sondern je nach Rotationsgeschwindigkeit in einer entsprechend engen Kurve. Bei einem Quadrokopter ist der Gierkreisel der einzigste von den dreien der wiklich nur die Drehzahlen der sich gegenüberligenden Rotoren steuert, logisch da nur so eine Rotation um die eigene Achse des Koopters steuerbar ist. Zusätzlich könnte man noch von 3 Beschleunigungssensoren ausgehen-> ADXL202. Diese Teile würden den doch enormen Drift der 3 Kreisel kompensieren. Ein Kreisel ist wie der ADXL kein Absolutwertsensor da besonders die Kreisel einen Drift aufweisen. Dh. der vorher eingemessene Nullpunkt, der als absoluter Bezugspunkt gilt, wird mit der Zeit und Temperatur wegdriften. Nach par Minuten misst man nur noch Mist wenn man dies nicht kompensiert. Die Stabilisation der Steuerbewegungen übernehmen immer die Kreisel nicht die Beschleunigungsensoren. Man hat im Grunde immer einen Regelkreis bei dem dieser versucht den Kopter in Schwebelage zu halten, am besten exakt am jeweiligen Ort. Die Steuerbewegungen des Bedieners sind dann selber, quasi positive Störgrößen, die der Regelkreis versucht auszugleichen. Der Kopter wird quasi durch den Regelkreis leicht in Schräglage eingeregelt, auf Grund der Steuer-Stör-Größe. Damit fängt er an sich horizontal vorwärts zu bewegen. Eine anspruchsvolle Aufgabe so einen Regelkreis sauber hinzubekommen, und auf Grund des zu bezahlenden Preises für diesen 2x6 Freiheiten Kreisel zusätzlich ein Grund erstmal keine teuren Brushless Motoren zu kaufen ;) Gruß Hagen
>Okay, ich glaube für die Notwendigkeit des >XYZ-Achsenbeschleunigungsmesser habe ich eine Erklärung gefunden: >Wenn das Flugobjekt schräg (zB NickAchse um 45° nach vorn genickt) >steht, wird keiner der Rotationsgyros einen Ausschlag geben. Logisch: Es >rotiert ja nicht. Aber es hat eine starke Bewegung vorwärts. Der >Beschleunigungssensor würde zwar auch kein Ausschlag mehr geben zu >diesem Zeitpunkt, aber da man ja intern die Geschwindigkeit davon >ableiten kann, wüsste man zu diesem Zeitpunkt, dass das Flugobjekt sich >aufjedenfall nach vorn bewegt. Nein das stimmt so nicht, wenn ich richtig liege. Die Winkelbeschelunigungen die die 3 Kreisel messen werden imer in der CPU integriert. D.h. geht man davon aus das diese Kreisel keinen Drift hätten so würden diese in Ruhelage alle ein Nullsignal liefern. Da wir aber ständig in der CPU deren Werte integriert haben haben wir in der CPU den absoluten Winkel in den 3 Achsen bezugnehmend auf den Nullpunkt der beim Start des Kopters vorlag. Also selbst wenn der Kopter in der Luft um 45 Grad gekippt wäre so würde einer der Kreisl 0 liefern, die CPU aber durch die ständige Integration der Meßwerte einen Wert von 45 Grad im Speicher stehen haben. Die ADXL Beschleunigungssensoren dienen wie gesagt zur Kompensation des Drifts der Kreisel, primär. Sekundär kann man deren Meßwerte ebenfalls über die Zeit integrieren und hätte so den zurückgelegte Wegstrecke in alle 3 Dimensionen. Das was ich aber bisher als Infos im WEB gefunden habe deutet daraufhin das die Genaugikeit dabei mieserabel sein soll, defakto untauglich. Igendwie auch logisch, da man immer intern integrieren muß, dh. kleinste Fehler werden mit der Zeit rießig groß. Gruß Hagen
Hagen Re wrote: > Nein das stimmt so nicht, wenn ich richtig liege. Die > Winkelbeschelunigungen die die 3 Kreisel messen werden imer in der CPU > integriert. D.h. geht man davon aus das diese Kreisel keinen Drift > hätten so würden diese in Ruhelage alle ein Nullsignal liefern. Da wir > aber ständig in der CPU deren Werte integriert haben haben wir in der > CPU den absoluten Winkel in den 3 Achsen bezugnehmend auf den Nullpunkt > der beim Start des Kopters vorlag. > > Also selbst wenn der Kopter in der Luft um 45 Grad gekippt wäre so würde > einer der Kreisl 0 liefern, die CPU aber durch die ständige Integration > der Meßwerte einen Wert von 45 Grad im Speicher stehen haben. > > Die ADXL Beschleunigungssensoren dienen wie gesagt zur Kompensation des > Drifts der Kreisel, primär. Sekundär kann man deren Meßwerte ebenfalls > über die Zeit integrieren und hätte so den zurückgelegte Wegstrecke in > alle 3 Dimensionen. Das was ich aber bisher als Infos im WEB gefunden > habe deutet daraufhin das die Genaugikeit dabei mieserabel sein soll, > defakto untauglich. Igendwie auch logisch, da man immer intern > integrieren muß, dh. kleinste Fehler werden mit der Zeit rießig groß. > > Gruß Hagen Ah, verstehe. Hab ja garnicht daran gedacht, dass man die Drehbewegung ja auch integrieren kann um den absoluten Winkel zu erhalten. Aber wenn das wirklich so übel ist mit der Ungenauigkeit.. Hm! Vielleicht helfen Temperaturkompensierte Kreisel* ? Ehrlichgesagt ist das ne Stufe zu hoch für mich ;) So ein Regelkreis ist schon ne üble Sache. Vorallem wenn man, wie ich, noch nichts von PID Reglern kennt... * http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CADIS16255%2C00.html
Habe mal sowas gebaut als DA falls jemand interesse hat kann ich euch das PDF mal zukommmen lassen, das steht einige drinn. Leider haben wir es mit GPS Positionsregler nicht mehr so hinbekommen wie wir eigentlich wollten aber wir hatten auch nur 7 Wochen Zeit. Übrigens wir verwendeten Bürsten Motoren. mfg mgiaco
Die DA würde mich mal interessieren. Magst du sie hier Posten oder nen Link dazu geben?
eher der hier http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CADXRS610%2C00.html man braucht ja drei Stück. Wichtig meine ich ist die "Bandbreite" mit 2KHz. Je schneller man den Regelkreis ausführen kann desto geringer werden die Meßgrößen sein, und damit wohl auch der sich kummulierende Fehler, denke ich. Der ADISxxx hat nur 50Hz Bandbreite ist also viel langsammer. Die Dinger sind soweit wie ich weis immer Temperaturkompensiert, bis auf die ganz einfachen Sensoren von Murata/Sony kenne ich eigentlich keinen Piezogyro der kein Temperatursensor drinnen hat. Ich habe mich damit auch nur oberflächlich beschäftig weil ich mich vielleicht mal, so als interessantes Projekt, damit beschäftigen möchte. So schwer kann es aber nicht sein da man im WEB immer mehr an fertigen Projekten finden kann. Zb. auch die Balancierenden Roboter benutzen einen Kreisel, Segways auch. @mgiaco: ich hätte interesse, einfach einem Namen klicken und mir eine PN senden. Gruß hagen
Hagen Re wrote: > eher der hier > > http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CADXRS610%2C00.html > > man braucht ja drei Stück. Das Problem bei alle den Gyros ist, dass die ein BGA Gehäuse haben... Grummel. Nichtmal in nem 65mil SOIC Gehäuse gibts das Gerät. Wenn man sich bei http://www.lipoly.de/ ein "BreakOut Board" holt, ist man pro Gyro wieder 65€ los :-( Najo, ich wollte das ganze Gerät sowieso über Funkmodule ansteuern. Die muss ich erstmal in Betrieb nehmen ;)
Entschuldigt, dass ich den Thread nochmal ausgrabe, aber so sind wir direkt wieder beim Thema ;) Folgendes: Ich bin beim Suchen nach den Gyros über Inclinators gestolpert. Das sollen wohl Winkelmesser sein, die gegenüber dem Rotationsfeld der Erde den Winkel messen. Der ADIS16201* von Analog.com hat einen X/Y Inclinator und X/Y Accelerometer eingebaut, kostet aber nur 40€. Ist sowas geeignet? Ich benötige ja theoretisch garkeine Winkelgeschwindigkeit, sondern nur einen absoluten Winkelmesser, wenn ich das richtig sehe. Für die Yaw bzw. Gier-Drehbewegung müsste ich mir dann noch was einfallen lassen, aber prinzipiell sollte das doch gehen. Was meint ihr? *) http://www.analog.com/en/prod/0,2877,ADIS16201,00.html
Der Inklinator, dh, das elekronische Senkblei isr leider wertlos ohne Winkel beschleunigungsmesser. Dies, da ein Fluggeraet durch eine passende Flugbahn beschleunigungen in irgendwelche Richtungen erziehlen kann. Bei passender Ruderstellung kann man eine Steilspirale nach unten fliegen und trotzdem eine Beschleunigung zum Flugzeugboden messen. Un das Fluggeraet senkrecht zu halten benoetigt man das 3Achsen winkel accelerometer zusammen mit einem 3Achsen linear Accelerometer. Das winkel accelerometer gibt man ueber einen Hochpass auf die Controllogik. Wenn die Winkelbeschleunigungen sehr klein und konstant sind, sowie das linaer acceleometer auch konstant sind kann man davon ausgehen, dass das Geraet senkrecht steht.
Alexander wrote: >>Ich bin beim Suchen nach den Gyros über Inclinators gestolpert. Das >>sollen wohl Winkelmesser sein, die gegenüber dem Rotationsfeld der Erde >>den Winkel messen. > > Sag mal, willst du mit deinem Unwissen tatsächlich einen Quadrocopter > bauen, oder fragst du nur aus Interesse? Ich mein ja nur, kauf dir > einfach alle Bauteile und wirf sie aus einem Hochhaus auf eine > asphaltierte Straße. Das Ergebnis ist das gleiche, aber du sparst dir > eine Menge Zeit, die du dann dafür verwenden kannst, ersteinmal die > grundlegende Physik zu lernen. Danke für den Kommentar, soweit erstmal. Ich weiß nicht, was du meinst, denn der zitierte Teil sollte eigentlich keinen Fehler enthalten. Laut Wikipedia: > An inclinometer or clinometer is an instrument for measuring angles of > slope (or tilt), elevation or inclination of an object with respect to > gravity. Mir ist bewusst, dass ich alle 6 Grade der Freiheit erfassen muss, um ein Objekt im Raum kontrollieren zu können. Die Rede meinerseits war davon, dass man indirekt zwei der Gyros durch den Inklinator ersetzen kann. Somit könnte ich mir zwei einzelne Gyros einsparen, die ja dennoch relativ teuer sind. @Null: Ich versteh dich nur schwer, da deine Sätze für mich teilweise keinen Sinn ergeben. Ich sagte ja bereits, dass ich mit dem oben genannten ADIS16201 2 Grade der Freiheit nicht bestimmen kann, dafür überleg ich mir etwas anderes. Aber um das Flugobjekt in X und Y Richtung zu kontrollieren reichen doch erstmal die Informationen vom AD16201. Will ich, dass mein Objekt senkrecht zur Erde steht, muss ich doch nur dafür sorgen, dass das Flugobjekt den richtigen Winkel gegenüber dem Erdgravitationsfeld von dem Inklinator misst. Zumindest versteh ich das so. PS: Ich hatte nie vor, das komplette Objekt mit diesem einen IC zu kontrollieren, falls das so herübergekommen ist.
@Simon, wie du bereits geschrieben hasst kann der AD Sensor 2 Beschleunigungen messen, die Inklination wird daraus bestimmt. Dabei wird aber immer davon ausgegangen, daß KEINERLEI andere Kräfte als die , die sich aus der Erdbeschleunigung ergeben, auf den Sensor wirken. Damit sind aber alle Kräfte, die z.B. im Kurvenflug entstehen nicht erfasst. Die Auslösung eines Gyros ist um einiges besser , wenn die Winkelgeschwindigkeiten bzw. beschleunigungen gemessen werden. Daher wirst du wohl um diese ganze Sensorik nicht herumkommen.
Nimm ein Pendel und mach den Inklinator dran. Wenn Du nun das Pendel auf einer Kreisbahn schwingst, so misst der Inklinator die Beschleunigung als in Richtung der Schnur. DH er bekommt die Kreisbahn gar nicht mit. Drehsensoren hingegn koennen das auflosen.
Ich möchte hier etwas zur Frage über den Beschleunigungssensor loswerden. Sicherlich ist die Anwendung des Sensors, die ich beim Quadrokopter kenne, nur eine Möglichkeit. Nämlich kann die Flughöhe des Gefährts relativ konstant gehalten werden, sodass man dies nicht mehr manuell steuern muss. Auf diese Weise ist es der Quadrokopter komfortabler zu fliegen, denn man hat bei der Navigation im Raum nicht mehr primär auf die Flughöhe zu achten; also nur wenn man höher fliegen will regelt man alle Motoren gleichermaßen hoch und umgekehrt. Diese Regelung ist auch bei wechselden Lasten sehr interessant. Beispielsweise bei der Verwendung des Quadrokopters als fliegendes Tablett wird dann die Motorleistung der Last angepasst.
Im Datenblatt des ADIS16201 steht auf Seite 13 unter Inclinometer Operation: "The ADIS16201 inclinometer output data is linear with respect to degrees of inclination and is dependent on no forces, other than gravity, acting on the device." http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/ADIS16201.pdf Bedeutet das nicht das der Neigungswinkel unabhängig von irgendwelchen anderen Beschleunigungen gemessen wird?
Paul wrote: > Im Datenblatt des ADIS16201 steht auf Seite 13 unter Inclinometer > Operation: > > "The ADIS16201 inclinometer output data is linear with respect to > degrees of inclination and is dependent on no forces, other than > gravity, acting on the device." > > http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/ADIS16201.pdf > > Bedeutet das nicht das der Neigungswinkel unabhängig von irgendwelchen > anderen Beschleunigungen gemessen wird? Frage: Wie soll denn der Beschleunigungsmesser die Richtung der Gravitation feststellen? In dem Moment, in dem du eine Kurve fliegst, verändert sich die Richtung in der lokal im Gefährt 'unten' ist. Wenn dem nicht so wäre, dann würde dir bei jedem Linienflug bei jeder Kurve der Orangensaft aus dem Becher überschwappen. Wenn der Pilot eine saubere Kurve fliegt, kannst du das mit einem Kraftmesser oder einem Pendel nicht detektieren. Eine saubere Kurve ist aber genau so definiert, dass die lokale Richtung 'unten' nach wie vor senkrecht auf den lokalen Boden steht. Der Pilot hat dafür extra ein 'Messgerät' an Bord: Eine umgedrehte 'Wasserwaage', die ihm anzeigt ob die Kurvenschräglage zum Kurvenradius passt oder nicht. Aus dem Datenblatt: This calculation assumes, that no external force outside of the earth's gravitational force is acting on the device. Mit anderen Worten: Der Sensor muss in Ruhe sein, bzw. muss einer nicht beschleunigten Bewegung unterliegen. Sowas hat man in der Luftfahrt, besonders bei Modellflug, eher selten.
>and is dependent on no forces
heist, ist abhängig davon das es keine Beschleunigungen gibt. Dh. eine
Fliehkraft durch Bewegung im Kreis würde das Meßresultat verfälschen.
Also exakt das was alle hier auch sagten.
Gruß Hagen
>'Messgerät' an Bord: Eine umgedrehte 'Wasserwaage', die ihm anzeigt >ob die Kurvenschräglage zum Kurvenradius passt oder nicht. ;) du meinst "ob der aktuelle Kurvenradius zur Beschleunigung/Geschwindigkeit im Verhältniss zur Kurvenschräglage des Flugzeuges passt" Also Schräglage + Beschleunigung + Geschwindigkeit + Masse des Flugzeuges definiert den Kurvenradius wenn man bestimmte lokale Gravitationskräfte im Flugzeug wünscht. Gruß Hagen
"Also Schräglage + Beschleunigung + Geschwindigkeit + Masse des Flugzeuges definiert den Kurvenradius wenn man bestimmte lokale Gravitationskräfte im Flugzeug wünscht." Die Beschleunigung würde ich rauslassen, da sie bei einer sauber geflogenen Kurve von der Querneigung abhängig ist. Bei den Gyros von Analog handelt es sich übrigens weder um "Winkelbeschelunigung"smesser noch um "Winkel beschleunigungsmesser" noch um "winkel accelerometer". Das sind Drehratensensoren.
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