Редактирование: Системы автоматического управления-ликбез
Внимание. Вы не представились системе.
Ваш IP-адрес будет записан в историю изменений этой страницы.Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.
Текущая версия | Ваш текст | ||
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! |
− | авионика | + | авионика----это автопилот(мозги)+радиомодем(ру-приёмник)+сервоприводы(рулевые машинки)+бортовой аккумулятор(источник электропитания) |
Полноценный автопилот состоит из аппаратной части типа---- | Полноценный автопилот состоит из аппаратной части типа---- | ||
− | *1) | + | *1) платы распределения питания обычно на 3.3в для датчиков, 5в для сервоприводов, 12в для видео-онлайн! |
− | *2) | + | *2) платы стабилизации пространственного положения дрона по трём осям тангаж, крен, рыскание на гиро и аксель датчиках! |
− | *3) | + | *3) центрального процессора с входным портами и выходной шиной для рм! |
− | *4) | + | *4) платы наложения телеметрии для подключения по входу видеокамеры и по выходу видеопередатчика! |
*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"! | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
Строка 34: | Строка 22: | ||
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 1.5Ггц |
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! | |
− | + | ||
− | 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 | + | |
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 45: | Строка 31: | ||
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 9600-14400-19200-24000-38400-57600-108 000 бит!!! |
обычно применяют протоколы низкочастотной связи NMEA или UBLOX!!! | обычно применяют протоколы низкочастотной связи NMEA или UBLOX!!! | ||
Строка 56: | Строка 42: | ||
ЧИП | ЧИП | ||
− | Типичная цепочка преобразований сигнала с аналогово датчика до исполнительного электропривода следующая | + | 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 | + | При много-задачности таких параллельных цепочек может быть до десяти----этим занимается один центральный процессор с частотой до 256Мгц 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! |
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) | + | (2)8=256 положений рулевой машинки---- при десяти разрядном уже (2)10=1024 возможных положений! |
− | При одновременном решении четырех задач одним | + | При одновременном решении четырех задач одним процессором по функциям газ-тангаж-крен-рыскание дискретность понижается в четыре раза и получается всего 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! | 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! | ||
Строка 77: | Строка 63: | ||
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! | ||
− | + | ф сокращенно от слова функция, тогда примерно так----- | |
− | * | + | *ф1----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! | ||
− | * | + | *ф2----два канала, 8бит, 8 Мгц----2Д стабилизация горизонта по крен-тангаж на пиродатчиках! |
− | * | + | *ф3----три канала, 10бит, 16Мгц----3Д стабилизация удержания по трём осям координат на гиро или акселерометрах! |
− | * | + | *ф4----четыре канала, 12бит, 32Мгц----возможен полноценный автополёт бпла с жпс навигацией по программе! |
− | * | + | *ф5----пять каналов, 16бит, 64Мгц----автополёт плюс дополнительный канал для сброса груза! |
− | * | + | *ф6----шесть каналов, 20бит, 128Мгц----автомаршрут для сухопутного и водного дрона плюс манипулятор на 4 степени! |
− | * | + | *ф7----семь каналов, 24бит, 258Мгц----автополёт плюс дополнительно три канала---- на сброс груза, камера и антенн-треккер! |
− | * | + | *ф8----восемь каналов, 32бит, 512Мгц----автополёт с удержанием камеры на цель, 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 ф6! |
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 94: | Строка 80: | ||
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! | 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 | + | У всех пьезодатчиков типа твердотельных гиро-аксель есть температурный дрейв нейтрали и по прошествию нескольких часов уход с нуля может составлять несколько градусов, надо учитывать при продолжительных миссиях на дронах! |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
ПИД--- коэффициенты чувствительности | ПИД--- коэффициенты чувствительности | ||
− | + | Пропорционально P--Интегрально I--Дифференциальное D ----комплексное уравнение переходных процессов устойчивого состояния системы стабилизации | |
− | + | По закону тау жёсткая система динамической автостабилизации имеет четыре зоны взаимодействия с внешним возмущением | |
− | + | ||
− | + | первая--- недорегулирование по чувствительности выражено вялой реакцией на возмущение похоже на поведение пьяного человека, всё заторможено и зигзагообразная траектория полёта с постоянными заносами, переходный процесс медленно затухающий---- надо увеличить ПИД по оси запаздывания! | |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | первая--- недорегулирование по чувствительности выражено вялой реакцией на возмущение похоже на поведение пьяного человека, всё заторможено и зигзагообразная траектория полёта с постоянными заносами | + | |
вторая-- это нормальная корректная работа автопилота выражена быстрым исправлением возмущения или есть выражение как прибитый к столу при висении и как по рельсам в полете значит пиды в оптимуме----переходной процесс быстро затухающий! | вторая-- это нормальная корректная работа автопилота выражена быстрым исправлением возмущения или есть выражение как прибитый к столу при висении и как по рельсам в полете значит пиды в оптимуме----переходной процесс быстро затухающий! | ||
Строка 125: | Строка 96: | ||
из за бросков разгона и торможения и может вызвать разрушение механизмов привода от перегрузок---- вся САУ переходит в режим генератора автоколебаний, при этом надо уменьшить ПИД по оси дрожи! | из за бросков разгона и торможения и может вызвать разрушение механизмов привода от перегрузок---- вся САУ переходит в режим генератора автоколебаний, при этом надо уменьшить ПИД по оси дрожи! | ||
− | четвёртая--- редко встречается, но пидами не лечиться, условия следующие, или слишком большой момент инерции вв у мультироторов и колеса или слишком большая площадь аэро-рулей выраженная запаздыванием переходного процесса изменении угловых скоростей на возмущение с проскакиванием нейтрали | + | четвёртая--- редко встречается, но пидами не лечиться, условия следующие, или слишком большой момент инерции вв у мультироторов и колеса или слишком большая площадь аэро-рулей выраженная запаздыванием переходного процесса изменении угловых скоростей на возмущение с проскакиванием нейтрали и возрастающей раскачкой автоколебаний и опрокидыванием ла----внимание лечиться только заменой электроприводов на ступень мощнее именно по моменту в 1.5-2 раза! |
− | ВНИМАНИЕ----для | + | ВНИМАНИЕ----для корректной работы связки вмг и автопилота по переходным процессам из-за момента инерции винтов на мультикоптерах соотношение масс пропеллера к мотору не должна превышать 1/5, но лучше 1/6-1/7, чтобы период реакции не превышал 0.2сек! |
Подбор начальной чувствительности АП делается просто----- | Подбор начальной чувствительности АП делается просто----- | ||
− | 1) если максимальная тяговооруженность мультикоптера составляет 4-5 единиц то минимальные пиды | + | 1) если максимальная тяговооруженность мультикоптера составляет 4-5 единиц то минимальные пиды, |
− | 2) если тяговооруженность 2-3 то средние положение пидов | + | 2) если тяговооруженность 2-3 то средние положение пидов, |
− | 3) если 1.2-1.5 то максимально возможные | + | 3) если 1.2-1.5 то максимально возможные. |
− | + | ||
− | + | ||
тоже самое для самолётов --- | тоже самое для самолётов --- | ||
− | 1) полёт с максимальной скоростью или большой скоростной напор на аэро-рули то минимум пидов | + | 1) полёт с максимальной скоростью или большой скоростной напор на аэро-рули то минимум пидов ---- |
− | 2) если средний напор на крейсере то средние значения пидов | + | 2) если средний напор на крейсере то средние значения пидов---- |
− | 3) при малом напоре или режим парения то максимум пидов | + | 3) при малом напоре или режим парения то максимум пидов. |
+ | |||
+ | Тогда чтобы автопилот бпла был адаптивным ко всем режимам полёта, он должен иметь функцию | ||
+ | автоматическая регулировка усиления (АРУ) коэффициентов ПИД от датчика воздушной скорости! | ||
− | |||
− | |||
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 20-200 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 | + | Современный профессиональный автопилот в сборе имеет массу от 100г и размеры с пачку сигарет при средней стоимости с периферийными устройствами в 1000-2000 уе. |
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! | ||
Строка 161: | Строка 131: | ||
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, БЕТАФЛАЙ!!! |
− | Закрытые ПО обычно узкозаточенные с минимум доступных настроек и минимум гибких возможностей | + | Закрытые ПО обычно узкозаточенные с минимум доступных настроек и минимум гибких возможностей |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | |||
− | + | более подробно смотри статью "ТАУ" |