Hier einmal meine Überlegungen zum Thema Rollstabilisierung.
Zur Struktur und Reglerauswahl könnte ich vielleicht etwas helfen.

Christoph


Ausgangsrollgeschwindigkeit 90°/s

Ausgangsrollgeschwindigkeit 300°/s

Die roten Flossen sind drehbar.

Geändert von tr0815 am 31. Mai 2006 um 11:47

Zitat:

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Dann steht eher die Frage, was der Sensor bei mehr als 300°/s macht.

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Mein Sensor SAR10 muß über ein Kommando zurücksgesetzt werden. Der Vorgang dauert natürlich einige Zeit und macht erst Sinn, wenn die max. angular rate wieder auf den Meßbereich zurückgeführt wurde.
Aus diesem Grund würde ich, zumindest gedanklich, zu einem mechanischen Selbstbaukreisel ohne eigenen Antrieb tendieren. Dieser wird einfach vor dem Flug auf Touren bebracht. Die Abtastung würde ich wahrscheinlich optisch lösen.

Leider habe ich keine Zeit mehr, um so etwas zu realisieren - es wäre ein aufregendes Projekt geworden.

Winfried

Hi,

wenn wir von Regelung reden (bin bis jetzt von Messung ausgegangen), habt ihr Recht, dass man nicht in die Nähe der 300°/s kommen _sollte_. Wenn nur die Rollbewegung unterdrückt werden soll ist es IMHO auch kein Problem wenn der Sensor nur 300°/s anzeigen kann obwohl die Rakete beispielsweise kurzzeitig auf eine Rollrate von 400°/s kommt. Die Regelung wird halt ein klein wenig länger brauchen. Ist es aber das Ziel eine Heading Lock Funktion zu verwirklichen käme es zum Orientierungsverlust.
Ein wichtigerer Aspekt ist aber die Datenaufzeichnung. Wenn die Rakete, aus welchen Grund auch immer, schneller rollt als es der Sensor aufzeichnen kann, verliert man Informationen. Vor allem in der Entwicklungsphase eines Regelkreises ist hier ein größerer Messbereich nützlicher, als das letzte Quäntchen an Genauigkeit.

@Christoph, sehr interessant deine Simulation. Hast du dazu noch weitere Informationen?

Gruß
Reinhard

Geändert von Reinhard am 31. Mai 2006 um 13:35

Hi,

diese Idee eines Kreisel hatte ich auch schon. Wobei ich da nicht unbedingt einen Kreisel nehmen wollte. Ich dachte eher an ein Rad mit zwei speichen. Das Rad stellt eine Masse da die Träge ist. Die Speichen stellen die Verbindung her zwischen Rad und aufhängepunkt. Dreht sich die Rakete, wird das Rad über die Speichen mit in Drehung versetzt. Da aber das Rad eine Masse besitzt, und somit träge ist, werden sich die Speichen verformen. diese Verformung kann mit DMs aufgezeichnet werden.
Damit das ganze nicht schwingt, wird es mit einem Dauermagneten gedämpft.

zu den Sensoren. Die Abtastrate des Sensors ist im Prinzip egal, solange er den Mittelwert der Drehung in dieser Zeit liefert. Ich weiß ja wie lange die Messung gedauert hat. Also kann ich auf den tatsächlich zurück gelegten Winkel schließen. Es bleibt natürlich eine gewisse Ungenauigkeit wenn gemittelt wird.
auch Headingfunktionen sind nicht 100% perfekt. So wandern die irgendwann alle mal ab. Bei dem verlassen des Messbereichs hat man natürlich verloren. Aber ich denke mit 300°/s was ja auch das Maximum ist was ich gefunden habe, liegt man schon ganz gut. Man muss halt schnell genug die Drehung ausgleichen.

Hier noch was zum Thema Regelung:
http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Regelungstechnik

@Winfried:
Das mit deiner Situation ist hart. Aber ich bin mir sicher, das sich das in kurzer Zeit einspielen wird, und du wieder Zeit findest kreativ zu sein.

Gruß

Neil

Geändert von Neil am 31. Mai 2006 um 13:45

@Reinhard
ja -> Anhang: visio-regler-zz.pdf

@Neil
Die Abtastrate wird durch die Zeitkonstanten des Systems bestimmt.
Insofern ist sie nicht egal.

Ich habe einmal die Tastzeit vervierfacht!
Christoph

Geändert von tr0815 am 31. Mai 2006 um 14:11

Hi,

da ja um die 100€ für so einen Sensor etwas teuer sind, habe ich mir mal gedanken gemacht, ob man das nicht auch etwas preiswerter hin bekommen kann.
Folgende Idee liegt der ganzen Sache zu grunde.
Wird eine Masse in Rotation versetzt, so entsteht ein Widerstand der Trägheitsmoment genannt wird. Momente können Werkstoffe verformen und die Verformung kann mit einem DMS gemessen werden.
Wie muss so eine Masse aussehen damit diese ein möglicht brauchbares Ergebnis liefert, oaber dennoch leicht bleibt. Das kam dabei heraus:



Das ganze ähnelt einem Rad mit 4 Speichen. Der äußere Ring besteht aus Stahl um die Masse zu erhöhen. Er hat einen Innenradius von 45mm und einen Außenradius von 50mm dabei eine Höhe von 10mm. Das ganze paßt in die geplante Rakete locker rein (D~150mm). Der Ring hat dabei eine Masse von 117,5g.
Das Trägheitsmoment ergibt sich aus:

I = 1/2m * (Raußen^2 + Rinnen^2) = 0,0003kg/m^2

Was jetzt fehlt ist eine Rotationsbeschleunigung. Ich habe mal Alpha = 10 rad/s^2 angenommen. Das bedeutet, nach einer Sekunde hätte das Rad 10 Umdrehungen pro Sekunde drauf. Ich weiß jetzt erstmal nicht ob das viel ist.
Mit diesen beiden Werten können wir jetzt das Drehmoment an der Radnarbe berechnen.

M = I * Alpha = 0,0026 Nm

Bei einem mittleren Hebelarm von 47,5mm ergibt das eine tangentiale Kraft auf der Speiche von 0,014N (bei 4 Speichen).

Die Speiche kann als einfach eingespannter Biegebalken betrachtet werden. Auf den ersten Blick sieht es aus wie ein Beidseitig gespanter Balken, doch schiebt das Rad ja nicht senkrecht zu der Speiche sondern dreht da ja so rum.
Für einen solchen Balken kann man die Spannung an einem Punkt berechnen. weiß man die Spannung und den Widerstandsmoment der Speiche, so ergibt sich daraus die Dehnung.

Widerstandsmoment = Breite * höhe^2 / 6 = 5,5 * 1^2 / 6 = 0,92 mm^3

und die Dehnung

Dehnung = Länge * Kraft / Widerstandsmoment * E-Modul = 30mm * 0,014N / 0,92 mm^3 * 70000N/mm^2 = 0,000007 = 0,0007%

Mit der Dehnung der Speisespannung und dem K-Faktor des DMs kann man nun die Spannung berechnen:

Signalspannung = K-Faktor * Dehnung * Speisespannung = 2,05 * 0,000007 * 10V = 0,13mV

Daraus ergibt sich also für dieses Beispiel das bei einer Rotationsbeschleunigung von 10rad/s ein Signal von 0,13mV entsteht. Das klingt jetzt nicht viel, läst sich aber noch steigern. So verdoppelt sich die Spannung wenn man die Speichenanzahl halbiert oder deren dicke halbiert. Auch kann die Schwungmasse weiter erhöht werden.
Bei dem aufkleben der DMS muss noch was berücksichtigt werden. Diese müssen so geklebt werden, das jeweils zwei DMs gedehnt und zwei gestaucht werden. Das kann man erreichen wenn man jeweils ober und unter Seite einer Speiche nutzt. Wenn man aber die Oberseite von den gegenüberliegenden Speichen nimmt, hat man auch gleich eine etwaige Verformung durch eine gradlinige Beschleunigung ausgeglichen. Dann nähmlich werden beide Oberseiten gedehnt oder gestaucht, was die Vollbrücke nicht verstimmt.
Ich werde das ganze nochmal mit Stahl für die Speichen durchrechnen. Es gibt für den Höhenausgleich von Maschinen dünne blechstreifen mit exakter Dicke. Da wäre eine Speiche mit 0,1mm denkbar. Diese würde für dieses Rad dann 4,69mV liefern.

Gruß

Neil

Gruß

Neil

Mmh, da Du ja sehr genau das dynamische Verhalten Deines Systems kennst, müsstest Du vom Ausgangssignal auf das Eingangssignal (= Drehbeschleunigungen der Rakete) zurückrechnen können. Ich hoffe für Dich dass es da eine numerische Lösungsmethode gibt ;-)

Aber ich finde die Idee gut, sie ist möglicherweise genauer als ein selbstgebauter optischer Kreisel.

Oliver

Hallo Oliver,

gestern Abend nachde mich meinen eitrag abgeschickt habe, ist mir noch ein Fehler aufgefallen. Wundert mich das du ihn nicht gefunden hast. Ich habe geschrieben

Zitat:

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Ich habe mal Alpha = 10 rad/s^2 angenommen. Das bedeutet, nach einer Sekunde hätte das Rad 10 Umdrehungen pro Sekunde drauf

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Das ist so nicht ganz richtig. Wenn ich mit 10rad/s^2 beschleunige, dann habe ich nach 1 Sekunde ca. 1,6 Umdrehungen pro Sekunde erreicht. Den ein Rad ist nicht ein Vollkreis. Das ganze berechnet sich wie folgt:

rad = 360°/(2*pi)

Was mich jetzt an der Auslegung des Sensors und des dazu gehörenden Messverstärkers stört, ist die Information, was ein sinnvoller Messbereich sein könnte. wie schnell beschleunigt eine Rakete ihre Rotation ohne Dämpfung, und wie groß ist das mit Dämpfung?

Zu der Berechnung des Systems. Hat man einmal die gesamte Rechenkette aufgestellt, ist das sehr einfach zu berechnen und es sollte auch der Umkehrschluß möglich sein. Ich überlege aber noch an einer Einrichtung wie man das System kalibirieren kann. Es einfach in Drehung zu versetzen und die Spannung die raus kommt klappt nicht. Ich kann es ja nicht konstant beschleunigt drehen lassen. Es bleibt da nur die Möglichkeit, eine bekannte Kraft mit Gewichten zu erzeugen die dann im Sensor ein Drehmoment auslöst. Den letzten Schritt von Drehmoment zum Trägheitsmoment und somit zur simulierten Rotationsbeschleunigung muss man wieder rechnen.
Ich sehe nähmlich doch ein Problem in der Linearität des Messaufnehmers. Es kanns ein, das sich die Biegespannungen mit der eigentlichen Spannung durch Längenänderung der Speiche addiert. Das muss untersucht werden. Wenn man also mit Steigerung der Simulationsgewichte eine Messkurve aufnimmt, kann man daraus eine Ausgleichskurve errechnen und diese im Computer ablegen um den Sensor wieder linear zu bekommen.

Gruß

Neil

Vielleicht nimmst du einfach zwei, in der Mitte drehbar befestigte und an den Wänden mit Kraftsensoren befestigte Stäbe, wird die Rak beschleunigt, wirkt eine Kraft auf diese Stäbe, anhand der Masse lässt sich auf die Beschleunigung schließen.

mfG

Markus

Hi,

ja das kann man machen. aber man muss hier unterscheiden zwischen linearer Beschleunigung in eine Richtung und einer Rotationsbeschleunigung die die Rakete drehen läst.
Man könnte jetzt zwei Stäbe nebeneinander montieren, so das der Drehpunkt zwischen den Stäben liegt. Dreht die Rakete, so wird ein stab positiv beschleuningt und der ander negativ. Wird die Rakete linear beschleunigt, so erfahren beide Stäbe entweder eine positive oder eine negative Beschleunigung. Je nachdem in welche Richtung es geht. Der Computer müßte dann die Messergebnisse mit einander vergleichen um auf eine rotations oder lineare Beschleunigung zu schließen. Das würde auch klappen, haben wir da nicht ein Problem. Die lineare Beschleunigung ist weit größer als die rotations Beschleunigung. Der Sensor der alle linearen Beschleunigungen messen könnte, wäre nicht sensible genug um die Rotation fest zu stellen.
Den Sensor den ich oben beschrieben habe, ist von einer lineraren Beschleunigung ausgeschlossen. Es würden zwar auch die DMS belastet werden, aber in einem Fall, das kein Messsignal entstehen würde.

Gruß

Neil