Системы автоматического управления-ликбез
| (не показаны 64 промежуточные версии 22 участников) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
САУ---автор Книжников ВВ | САУ---автор Книжников ВВ | ||
| − | Автопилот с исполнительными электроприводами является системой автоматического управления с возможностью самостоятельного передвижения по запрограммированному маршруту опираясь на координаты спутниково позиционирования и магнитному компасу или по видео с визуальным чтением поверхности земли по загруженным в память 3д картам! | + | Автопилот с исполнительными электроприводами является системой автоматического управления с возможностью самостоятельного передвижения по запрограммированному маршруту опираясь на координаты спутниково позиционирования и магнитному компасу или по видео с визуальным чтением поверхности земли по загруженным в память 3д картам![https://dzen.ru/a/YtaKnje3EHh66mT1?comments_data=n_like] |
| − | авионика(рулевое)----это | + | авионика(рулевое)----это полётный контроллер(автопилот)+радиомодем(ру-приёмник)+сервоприводы(рулевые машинки)+бортовой блок(видео)+ аккумулятор(источник электропитания)---[https://www.youtube.com/watch?v=OxbBOqAZX6w] |
Полноценный автопилот состоит из аппаратной части типа---- | Полноценный автопилот состоит из аппаратной части типа---- | ||
| − | *1) | + | *1) плата распределения питания с импульсными ВЕС обычно на 3.3в для датчиков, 5--6в для сервоприводов, 10--12в для видео-онлайн! |
| − | *2) | + | *2) плата стабилизации пространственного положения дрона по трём осям тангаж, крен, рыскание на "гиро" и "аксель" датчиках! |
| − | *3) | + | *3) центральный процессор с входным портами и выходной шиной для рм! |
| − | *4) | + | *4) плата наложения телеметрии для подключения по входу видеокамеры и по выходу видеопередатчика![https://www.youtube.com/watch?v=zCoRJ4CX-Nw] |
*5) выносного жпс приёмника | *5) выносного жпс приёмника | ||
*6) разных периферийных датчиков типа силы тока, воздушной скорости потока, высоты, термо и тензодатчиков, магнитного компаса, ультразвук и лидар! | *6) разных периферийных датчиков типа силы тока, воздушной скорости потока, высоты, термо и тензодатчиков, магнитного компаса, ультразвук и лидар! | ||
| Строка 17: | Строка 17: | ||
*10) набор информационных шлейфов с разъёмами! | *10) набор информационных шлейфов с разъёмами! | ||
*11) флеш память типа пишущего логи "черного ящика"! | *11) флеш память типа пишущего логи "черного ящика"! | ||
| + | |||
| + | [[Файл:Автопилот.jpg]] | ||
| + | пример компонентов законченного АП "Matek F411-WTE" для авиамодели самолёта типа "паркфлаер" с полной массой всей авионики 120г----- | ||
| + | плата полётного контроллера со встроенными бародатчиком и аксель-гиро-датчиками массой 7г | ||
| + | плата распределения питания с датчиком силы тока и силовыми разъёмами питания на 60А 20г | ||
| + | ЖПС приёмник с антенной типа "патч" 15х15мм 10г | ||
| + | выносная плата коммутации серво 7г | ||
| + | четыре рулевых машинок по 1.5кгсм с кабелями 40г | ||
| + | шести канальный ру приёмник на 2.4Г с протоколом "Sbus" 8г | ||
| + | видеокамера СМОС 1/3 600твл со стеклянным объективом 10г | ||
| + | видеопередатчик 5.8Г 600мвт с диполем 15г | ||
| + | светодиодный модуль 3г | ||
| Строка 22: | Строка 34: | ||
Для точного положения дрона в пространстве планеты Земля используются цифровые приёмники с направленными антеннами обычно типа патч работающие со спутниковыми группировками в 24 штуки каждая разных стран производителей | Для точного положения дрона в пространстве планеты Земля используются цифровые приёмники с направленными антеннами обычно типа патч работающие со спутниковыми группировками в 24 штуки каждая разных стран производителей | ||
| − | США-жпс, Россия-глонасс, Европа-галилео, Китай, Япония, Индия со своими протоколами связи! Диапазон приёма около 1. | + | США-жпс, Россия-глонасс, Европа-галилео, Китай, Япония, Индия со своими протоколами связи! Диапазон приёма около (1.4--1.6)Ггц |
Исторически все приёмники называются в простонародье ЖПС-трекерами! | Исторически все приёмники называются в простонародье ЖПС-трекерами! | ||
| − | Методика вычисления координат из тригонометрии---- трекер это искомая вершина перевернутой пирамиды,где три и более спутника основные точки опоры и точность позиционирования повышается с кол-вом видимых спутников приёмником! | + | Космический спутник глобального позиционирования это орбитальный одноканальный радиомаяк со своей оригинальной цифровой радиометкой![https://www.youtube.com/watch?v=h4ovu0ASsw8] |
| + | |||
| + | Методика вычисления координат из тригонометрии---- трекер это искомая вершина перевернутой пирамиды, где три и более спутника основные точки опоры и точность позиционирования повышается с кол-вом видимых спутников приёмником и на практике не менее 6 штук! Погрешность вычислений позиционирования объясняется неравномерностью скорости распространения радиоволн в космическом вакууме и в толщине воздушной атмосферы и поэтому она уменьшается с ростом кол-ва принимаемых спутников попадающих лучом в конус диаграммы приёмной антенны ПСН и обычно это патч с углом раструба в 90 градусов. | ||
Микропроцессор постоянно замеряет задержку по времени прихода сигнала от разных спутников и вычисляет точку приёма! | Микропроцессор постоянно замеряет задержку по времени прихода сигнала от разных спутников и вычисляет точку приёма! | ||
| Строка 31: | Строка 45: | ||
Точность простых гражданских ПСН плюс минус один метр, РТК систем с наземной базовой поддержкой и тремя антеннами уже около 10см, и специальными научными геологическими базами в 1см! | Точность простых гражданских ПСН плюс минус один метр, РТК систем с наземной базовой поддержкой и тремя антеннами уже около 10см, и специальными научными геологическими базами в 1см! | ||
| − | Скорость передачи пакетов данных с жпс-трекера на АП 1-5-10 гц, разрядность телеграммы 9600-14400-19200-24000-38400-57600- | + | Скорость передачи пакетов данных с жпс-трекера на АП 1--5--10 гц, разрядность телеграммы 9600-14400--19200--24000--38400--57600--115 000 бит!!! |
| − | обычно применяют протоколы низкочастотной связи NMEA | + | обычно применяют протоколы низкочастотной связи NMEA или UBLOX!!![https://www.youtube.com/watch?v=DsFzMlaSl3M] |
| − | В присылаемой телеграмме от трекера есть информация о текущем времени по | + | В присылаемой телеграмме от трекера есть информация о текущем времени по Гринвичу, широта и долгота, абсолютная высота над уровнем моря, скорость перемещения, направление движения, кол-во видимых спутников и служебные сообщения о номерах спутников их углов возвышения над горизонтом и азимутов! При осадках и грозе приём ухудшается! |
При отказе псн или глушении автопилот может ориентироваться на азимут с магнитного компаса, высоту с бародатчика и на воздушную скорость с трубки пито для выхода дрона в предполагаемый район работы с учётом ветрового сноса ---называется инерциальная система наведения или возврата на базу по радиолокации специальных приводных радиомаяков обычно расположенных на всех аэродромах гражданской и военной авиации,где каждый маяк имеет свою индивидуальную цифровую метку! | При отказе псн или глушении автопилот может ориентироваться на азимут с магнитного компаса, высоту с бародатчика и на воздушную скорость с трубки пито для выхода дрона в предполагаемый район работы с учётом ветрового сноса ---называется инерциальная система наведения или возврата на базу по радиолокации специальных приводных радиомаяков обычно расположенных на всех аэродромах гражданской и военной авиации,где каждый маяк имеет свою индивидуальную цифровую метку! | ||
| Строка 44: | Строка 58: | ||
Типичная цепочка преобразований сигнала с аналогово датчика до исполнительного электропривода следующая:датчик ----операционный усилитель----аналого-цифровой преобразователь----число-интегральный процессор----цифро-аналоговый преобразователь----драйвер----исполнительный механизм----обратная связь на датчик по реакции на физическое воздействие! | Типичная цепочка преобразований сигнала с аналогово датчика до исполнительного электропривода следующая:датчик ----операционный усилитель----аналого-цифровой преобразователь----число-интегральный процессор----цифро-аналоговый преобразователь----драйвер----исполнительный механизм----обратная связь на датчик по реакции на физическое воздействие! | ||
| − | При много-задачности таких параллельных цепочек может быть до восьми----этим занимается один центральный процессор с частотой до | + | При много-задачности таких параллельных цепочек может быть до восьми----этим занимается один центральный процессор с частотой до 512Мгц по принципу прерывания и скидывания промежуточных решений общего уравнения стабилизации по ТАУ в буфер обмена данными ОЗУ! ПЗУ используется для хранения самой программы управления или прошивки ПО![https://www.youtube.com/watch?v=TLqqvKYPDPw] |
При восьми разрядном процессоре первых поколений максимальное количество значений дискретизации было всего | При восьми разрядном процессоре первых поколений максимальное количество значений дискретизации было всего | ||
| − | (2)8=256 положений рулевой машинки---- при десяти разрядном уже (2)10=1024 возможных положений! | + | (2)^8=256 положений рулевой машинки---- при десяти разрядном уже (2)^10=1024 возможных положений! |
| − | При одновременном решении четырех задач одним процессором по функциям газ-тангаж-крен-рыскание дискретность понижается в четыре раза и получается всего 256/4=64, то есть сильно падает точность выполнения команд-----это явление уже заметно прямо на глаз! | + | При одновременном решении четырех задач одним 8 битовым процессором методом прерывания по функциям газ-тангаж-крен-рыскание дискретность понижается в четыре раза и получается всего 256/4=64, то есть сильно падает точность выполнения команд-----это явление уже заметно прямо на глаз! |
| − | Тактовая частота определяет скорость решения уравнений и как следствие временную задержку от момента ввода начальных данных до полученного результата или запаздывание----поэтому повышают частоту с десятка | + | Тактовая частота определяет скорость решения уравнений и как следствие временную задержку от момента ввода начальных данных до полученного результата или запаздывание----поэтому повышают частоту с десятка Мгц до сотен Мгц! |
Для крупных дронов приемлемой задержкой считается 0.2 секунды, для малых бпла 0.1с=100 мс, для манипулятора 10мс, для станков ЧПУ 1мс! | Для крупных дронов приемлемой задержкой считается 0.2 секунды, для малых бпла 0.1с=100 мс, для манипулятора 10мс, для станков ЧПУ 1мс! | ||
| Строка 63: | Строка 77: | ||
Поколение автопилота определяет кол-во команд, точность положения и производительность основного процессора---- | Поколение автопилота определяет кол-во команд, точность положения и производительность основного процессора---- | ||
каждое новое поколение повышают эти показатели! | каждое новое поколение повышают эти показатели! | ||
| − | + | F сокращенно от слова функция, тогда примерно так----- | |
| − | * | + | *F1----один канал управления, 8 битовая-разрядность процессора с тактовой частотой 4Мгц----использовались как |
одноканальные платы с гиростабилизацией удержания по курсу и управления вездеходом или лодкой! | одноканальные платы с гиростабилизацией удержания по курсу и управления вездеходом или лодкой! | ||
| − | * | + | *F2----два канала, 8бит, 8 Мгц----2Д стабилизация горизонта по крен-тангаж на пиродатчиках! |
| − | * | + | *F3----три канала, 12бит, 16Мгц----3Д стабилизация удержания по трём осям координат на гиро или акселерометрах! |
| − | * | + | *F4----четыре канала, 16бит, 32Мгц----возможен полноценный автополёт бпла с жпс навигацией по программе! |
| − | * | + | *F5----пять каналов, 20бит, 64Мгц----автополёт плюс дополнительный канал для сброса груза! |
| − | * | + | *F6----шесть каналов, 24бит, 128Мгц----автомаршрут для сухопутного и водного дрона плюс манипулятор на 4 степени! |
| − | * | + | *F7----семь каналов, 32бит, 258Мгц----автополёт плюс дополнительно три канала---- на сброс груза, камера и антенн-треккер! |
| − | * | + | *F8----восемь каналов, 64бит, 512Мгц----автополёт с удержанием камеры на цель по ЗД картам, доп. каналы на САС и сброс груза! |
| − | Сложный манипулятор с шестью степенями свободы, это эквивалентно шести каналам управления, сразу требует свой собственный автопилот классом не менее | + | Сложный манипулятор с шестью степенями свободы, это эквивалентно шести каналам управления, сразу требует свой собственный автопилот классом не менее F6! |
Для корректной работы датчиков положения ла в пространстве плату с ними типа гиро и акселерометров располагать только в центре масс ла на демпфирующем подвесе, во избежания вибраций и паразитных сил! | Для корректной работы датчиков положения ла в пространстве плату с ними типа гиро и акселерометров располагать только в центре масс ла на демпфирующем подвесе, во избежания вибраций и паразитных сил! | ||
| Строка 82: | Строка 96: | ||
У всех пьезодатчиков типа твердотельных гиро-аксель есть температурный дрейф нейтрали и по прошествию нескольких часов уход с нуля может составлять несколько градусов, надо учитывать при продолжительных миссиях на дронах! | У всех пьезодатчиков типа твердотельных гиро-аксель есть температурный дрейф нейтрали и по прошествию нескольких часов уход с нуля может составлять несколько градусов, надо учитывать при продолжительных миссиях на дронах! | ||
| + | В обратной связи от твёрдотельных датчиков всегда существует паразитная вибрация или шум по упругой конструкции рамы дрона, если амплитуда | ||
| + | которой равна или превышает полезный сигнал, то САУ перестаёт корректно работать и выдаёт ошибочную команду по оси вибраций----есть | ||
| + | математические фильтры Калмана, которые борются с входным шумом, но требуют огромные проценты ресурса производительности ЦП или простое | ||
| + | механическое решение типа демпферной кроватки для платы гиро-датчиков на виброгасящих материалах пенорезина, поролон или шумка----- это | ||
| + | очень важно при применении поршневого ДВС в качестве СУ!!! | ||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
Промышленные АП | Промышленные АП | ||
| − | Хоббийный автопилот на современных комплектующих радио-микро-деталях очень маленький и лёгкий---типичный размер башни с коробок спичек при массе 10-30г и ценой | + | Хоббийный автопилот на современных комплектующих радио-микро-деталях очень маленький и лёгкий---типичный размер башни с коробок спичек при массе 10-30г и ценой 30-200 уе!!! |
На практике для хобби большинство функций просто не нужно типа авто-взлёт и автопосадка, сопровождение цели, полёт по точкам и соответственно компьютер для настроек----достаточно всего 2-3Д стабилизацию и автовозврат настраиваемых прямо на АП крутилками!!! | На практике для хобби большинство функций просто не нужно типа авто-взлёт и автопосадка, сопровождение цели, полёт по точкам и соответственно компьютер для настроек----достаточно всего 2-3Д стабилизацию и автовозврат настраиваемых прямо на АП крутилками!!! | ||
| − | Современный инженерный автопилот в сборе имеет массу от 100г и размеры с пачку сигарет при средней стоимости с периферийными устройствами в 1000-2000 уе. | + | Современный инженерный автопилот в сборе имеет массу от 100г и размеры с пачку сигарет при средней стоимости с периферийными устройствами в 1000-2000 уе-----типа "PIXHAWK". |
| − | Цена промышленных АП формируется в первую очередь стоимостью комплектующих от класса точности, многоуровневости платы, качеством пайки, материалом корпусов и тиражом -----программное обеспечение тоже может включаться в цену АП! | + | Цена промышленных АП формируется в первую очередь стоимостью комплектующих от класса точности, многоуровневости платы, качеством пайки, материалом корпусов и тиражом -----программное обеспечение тоже может включаться в цену АП!---[https://www.youtube.com/watch?v=qpSmE0ZUBrA] |
Не коммерческие ПО имеют свободный доступ ко всем настройкам АП и кол-во переменных может достигать 1000 штук! | Не коммерческие ПО имеют свободный доступ ко всем настройкам АП и кол-во переменных может достигать 1000 штук! | ||
| − | Основные ПО открытого доступа бесплатно распространяются в интернет сети--это АРДУПИЛОТ, АЙНАВ, | + | Основные ПО открытого доступа бесплатно распространяются в интернет сети--это АРДУПИЛОТ, АЙНАВ, БЕТАФЛАЙТ!!! |
| − | Закрытые ПО обычно узкозаточенные с минимум доступных настроек и минимум гибких возможностей | + | Закрытые ПО обычно узкозаточенные с минимум доступных настроек и минимум гибких возможностей, но зато нет ничего лишнего ----например |
| + | 1) для самолётов класса микродрон то есть "паркфлаеров" очень удачная и надёжная "SN SPARROW FC", "Lefei Sparrow 2-OSD" и для минидронов "FY-41AP" уже с "OSD", "SpeedyBee F405 wing Mini"----[https://www.youtube.com/watch?v=V5PF-EOruoc] | ||
| + | |||
| + | 2) для микро-квадриков хороши "QQ SUPER" и "FC451" фирмы "Dualsky", для миникоптеров "ТАRОТ ZYX-М" и "NAZA-V2" уже с "OSD"!!! | ||
| + | |||
| + | |||
| + | Сейчас множество фирм наладили выпуск АП на современных ЧИПах класса STM32бита по доступным ценам 30-100уе и разного формакора под открытое | ||
| + | ПО-----для любителей программирования для роботов любого типа есть готовые модули "АРДУИНО" включая сами "мозги" и всю периферию!!![https://www.youtube.com/watch?v=orv8YOoZF4Q]---[https://www.youtube.com/watch?v=2UQT6puaq6w] | ||
| + | |||
| + | Особое внимание заслуживает АП фирмы "МАТЕКSYS" типа самолётный "Matek F405-WMN", "Matek F411-WTE", "Matek H743-mini", "Matek H743-WING-V3"!!! | ||
| − | более подробно смотри | + | более подробно смотри статьи-ликбезы----- "ТАУ" и "ПО для автопилотов" |
Текущая версия на 08:54, 4 декабря 2024
САУ---автор Книжников ВВ
Автопилот с исполнительными электроприводами является системой автоматического управления с возможностью самостоятельного передвижения по запрограммированному маршруту опираясь на координаты спутниково позиционирования и магнитному компасу или по видео с визуальным чтением поверхности земли по загруженным в память 3д картам![1]
авионика(рулевое)----это полётный контроллер(автопилот)+радиомодем(ру-приёмник)+сервоприводы(рулевые машинки)+бортовой блок(видео)+ аккумулятор(источник электропитания)---[2]
Полноценный автопилот состоит из аппаратной части типа----
- 1) плата распределения питания с импульсными ВЕС обычно на 3.3в для датчиков, 5--6в для сервоприводов, 10--12в для видео-онлайн!
- 2) плата стабилизации пространственного положения дрона по трём осям тангаж, крен, рыскание на "гиро" и "аксель" датчиках!
- 3) центральный процессор с входным портами и выходной шиной для рм!
- 4) плата наложения телеметрии для подключения по входу видеокамеры и по выходу видеопередатчика![3]
- 5) выносного жпс приёмника
- 6) разных периферийных датчиков типа силы тока, воздушной скорости потока, высоты, термо и тензодатчиков, магнитного компаса, ультразвук и лидар!
- 7) блютуз-свисток
- 8) герметичный корпус с микроклимат- контролем!
- 9) кроватка с виброгасящими подушечками!
- 10) набор информационных шлейфов с разъёмами!
- 11) флеш память типа пишущего логи "черного ящика"!
пример компонентов законченного АП "Matek F411-WTE" для авиамодели самолёта типа "паркфлаер" с полной массой всей авионики 120г----- плата полётного контроллера со встроенными бародатчиком и аксель-гиро-датчиками массой 7г плата распределения питания с датчиком силы тока и силовыми разъёмами питания на 60А 20г ЖПС приёмник с антенной типа "патч" 15х15мм 10г выносная плата коммутации серво 7г четыре рулевых машинок по 1.5кгсм с кабелями 40г шести канальный ру приёмник на 2.4Г с протоколом "Sbus" 8г видеокамера СМОС 1/3 600твл со стеклянным объективом 10г видеопередатчик 5.8Г 600мвт с диполем 15г светодиодный модуль 3г
Приёмник спутниковой навигации-ПСН
Для точного положения дрона в пространстве планеты Земля используются цифровые приёмники с направленными антеннами обычно типа патч работающие со спутниковыми группировками в 24 штуки каждая разных стран производителей США-жпс, Россия-глонасс, Европа-галилео, Китай, Япония, Индия со своими протоколами связи! Диапазон приёма около (1.4--1.6)Ггц Исторически все приёмники называются в простонародье ЖПС-трекерами!
Космический спутник глобального позиционирования это орбитальный одноканальный радиомаяк со своей оригинальной цифровой радиометкой![4]
Методика вычисления координат из тригонометрии---- трекер это искомая вершина перевернутой пирамиды, где три и более спутника основные точки опоры и точность позиционирования повышается с кол-вом видимых спутников приёмником и на практике не менее 6 штук! Погрешность вычислений позиционирования объясняется неравномерностью скорости распространения радиоволн в космическом вакууме и в толщине воздушной атмосферы и поэтому она уменьшается с ростом кол-ва принимаемых спутников попадающих лучом в конус диаграммы приёмной антенны ПСН и обычно это патч с углом раструба в 90 градусов.
Микропроцессор постоянно замеряет задержку по времени прихода сигнала от разных спутников и вычисляет точку приёма!
Точность простых гражданских ПСН плюс минус один метр, РТК систем с наземной базовой поддержкой и тремя антеннами уже около 10см, и специальными научными геологическими базами в 1см!
Скорость передачи пакетов данных с жпс-трекера на АП 1--5--10 гц, разрядность телеграммы 9600-14400--19200--24000--38400--57600--115 000 бит!!!
обычно применяют протоколы низкочастотной связи NMEA или UBLOX!!![5]
В присылаемой телеграмме от трекера есть информация о текущем времени по Гринвичу, широта и долгота, абсолютная высота над уровнем моря, скорость перемещения, направление движения, кол-во видимых спутников и служебные сообщения о номерах спутников их углов возвышения над горизонтом и азимутов! При осадках и грозе приём ухудшается!
При отказе псн или глушении автопилот может ориентироваться на азимут с магнитного компаса, высоту с бародатчика и на воздушную скорость с трубки пито для выхода дрона в предполагаемый район работы с учётом ветрового сноса ---называется инерциальная система наведения или возврата на базу по радиолокации специальных приводных радиомаяков обычно расположенных на всех аэродромах гражданской и военной авиации,где каждый маяк имеет свою индивидуальную цифровую метку!
ЧИП
Типичная цепочка преобразований сигнала с аналогово датчика до исполнительного электропривода следующая:датчик ----операционный усилитель----аналого-цифровой преобразователь----число-интегральный процессор----цифро-аналоговый преобразователь----драйвер----исполнительный механизм----обратная связь на датчик по реакции на физическое воздействие!
При много-задачности таких параллельных цепочек может быть до восьми----этим занимается один центральный процессор с частотой до 512Мгц по принципу прерывания и скидывания промежуточных решений общего уравнения стабилизации по ТАУ в буфер обмена данными ОЗУ! ПЗУ используется для хранения самой программы управления или прошивки ПО![6]
При восьми разрядном процессоре первых поколений максимальное количество значений дискретизации было всего
(2)^8=256 положений рулевой машинки---- при десяти разрядном уже (2)^10=1024 возможных положений!
При одновременном решении четырех задач одним 8 битовым процессором методом прерывания по функциям газ-тангаж-крен-рыскание дискретность понижается в четыре раза и получается всего 256/4=64, то есть сильно падает точность выполнения команд-----это явление уже заметно прямо на глаз!
Тактовая частота определяет скорость решения уравнений и как следствие временную задержку от момента ввода начальных данных до полученного результата или запаздывание----поэтому повышают частоту с десятка Мгц до сотен Мгц!
Для крупных дронов приемлемой задержкой считается 0.2 секунды, для малых бпла 0.1с=100 мс, для манипулятора 10мс, для станков ЧПУ 1мс!
Чем выше разрядность и производительность ЧИП, тем точнее и быстрее решается многоуровневая задача САУ!
ПОКОЛЕНИЯ АП
Поколение автопилота определяет кол-во команд, точность положения и производительность основного процессора---- каждое новое поколение повышают эти показатели! F сокращенно от слова функция, тогда примерно так-----
- F1----один канал управления, 8 битовая-разрядность процессора с тактовой частотой 4Мгц----использовались как
одноканальные платы с гиростабилизацией удержания по курсу и управления вездеходом или лодкой!
- F2----два канала, 8бит, 8 Мгц----2Д стабилизация горизонта по крен-тангаж на пиродатчиках!
- F3----три канала, 12бит, 16Мгц----3Д стабилизация удержания по трём осям координат на гиро или акселерометрах!
- F4----четыре канала, 16бит, 32Мгц----возможен полноценный автополёт бпла с жпс навигацией по программе!
- F5----пять каналов, 20бит, 64Мгц----автополёт плюс дополнительный канал для сброса груза!
- F6----шесть каналов, 24бит, 128Мгц----автомаршрут для сухопутного и водного дрона плюс манипулятор на 4 степени!
- F7----семь каналов, 32бит, 258Мгц----автополёт плюс дополнительно три канала---- на сброс груза, камера и антенн-треккер!
- F8----восемь каналов, 64бит, 512Мгц----автополёт с удержанием камеры на цель по ЗД картам, доп. каналы на САС и сброс груза!
Сложный манипулятор с шестью степенями свободы, это эквивалентно шести каналам управления, сразу требует свой собственный автопилот классом не менее F6!
Для корректной работы датчиков положения ла в пространстве плату с ними типа гиро и акселерометров располагать только в центре масс ла на демпфирующем подвесе, во избежания вибраций и паразитных сил!
Одна из самых надёжных систем на пространственное расположение бпла относительно горизонта или 2Д это пиродатчики на полупроводниковых диодах работающих на приём энергии в инфракрасном диапазоне света, которые измеряют абсолютную температуру теплового излучения между планетой с +273гр К и космосом с абсолютным нулем----отлично работает днем при солнце и хорошо ночью при звёздах, удовлетворительно в пасмурную погоду и плохо в туман, то есть в облако залетать нельзя!
У всех пьезодатчиков типа твердотельных гиро-аксель есть температурный дрейф нейтрали и по прошествию нескольких часов уход с нуля может составлять несколько градусов, надо учитывать при продолжительных миссиях на дронах!
В обратной связи от твёрдотельных датчиков всегда существует паразитная вибрация или шум по упругой конструкции рамы дрона, если амплитуда которой равна или превышает полезный сигнал, то САУ перестаёт корректно работать и выдаёт ошибочную команду по оси вибраций----есть математические фильтры Калмана, которые борются с входным шумом, но требуют огромные проценты ресурса производительности ЦП или простое механическое решение типа демпферной кроватки для платы гиро-датчиков на виброгасящих материалах пенорезина, поролон или шумка----- это очень важно при применении поршневого ДВС в качестве СУ!!!
Промышленные АП
Хоббийный автопилот на современных комплектующих радио-микро-деталях очень маленький и лёгкий---типичный размер башни с коробок спичек при массе 10-30г и ценой 30-200 уе!!! На практике для хобби большинство функций просто не нужно типа авто-взлёт и автопосадка, сопровождение цели, полёт по точкам и соответственно компьютер для настроек----достаточно всего 2-3Д стабилизацию и автовозврат настраиваемых прямо на АП крутилками!!!
Современный инженерный автопилот в сборе имеет массу от 100г и размеры с пачку сигарет при средней стоимости с периферийными устройствами в 1000-2000 уе-----типа "PIXHAWK".
Цена промышленных АП формируется в первую очередь стоимостью комплектующих от класса точности, многоуровневости платы, качеством пайки, материалом корпусов и тиражом -----программное обеспечение тоже может включаться в цену АП!---[7]
Не коммерческие ПО имеют свободный доступ ко всем настройкам АП и кол-во переменных может достигать 1000 штук!
Основные ПО открытого доступа бесплатно распространяются в интернет сети--это АРДУПИЛОТ, АЙНАВ, БЕТАФЛАЙТ!!!
Закрытые ПО обычно узкозаточенные с минимум доступных настроек и минимум гибких возможностей, но зато нет ничего лишнего ----например
1) для самолётов класса микродрон то есть "паркфлаеров" очень удачная и надёжная "SN SPARROW FC", "Lefei Sparrow 2-OSD" и для минидронов "FY-41AP" уже с "OSD", "SpeedyBee F405 wing Mini"----[8]
2) для микро-квадриков хороши "QQ SUPER" и "FC451" фирмы "Dualsky", для миникоптеров "ТАRОТ ZYX-М" и "NAZA-V2" уже с "OSD"!!!
Сейчас множество фирм наладили выпуск АП на современных ЧИПах класса STM32бита по доступным ценам 30-100уе и разного формакора под открытое ПО-----для любителей программирования для роботов любого типа есть готовые модули "АРДУИНО" включая сами "мозги" и всю периферию!!![9]---[10]
Особое внимание заслуживает АП фирмы "МАТЕКSYS" типа самолётный "Matek F405-WMN", "Matek F411-WTE", "Matek H743-mini", "Matek H743-WING-V3"!!!
более подробно смотри статьи-ликбезы----- "ТАУ" и "ПО для автопилотов"
