|
|
| Строка 1: |
Строка 1: |
| − | 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
| |
| − |
| |
| − | авионика(рулевое)----это автопилот(мозги)+радиомодем(ру-приёмник)+сервоприводы(рулевые машинки)+бортовой аккумулятор(источник электропитания)
| |
| − |
| |
| − | Полноценный автопилот состоит из аппаратной части типа----
| |
| − | *1) плата распределения питания 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!
| |
| − | *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"!
| |
| − |
| |
| − | [[Файл:Автопилот.jpg]]
| |
| − |
| |
| − | 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 1.5Ггц
| |
| − | 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!
| |
| − |
| |
| − | 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!!!
| |
| − |
| |
| − | 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 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
| |
| − | (2)^8=256 положений рулевой машинки---- при десяти разрядном уже (2)^10=1024 возможных положений!
| |
| − |
| |
| − | При одновременном решении четырех задач одним 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, 10бит, 16Мгц----3Д стабилизация удержания по трём осям координат на гиро или акселерометрах!
| |
| − | *F4----четыре канала, 12бит, 32Мгц----возможен полноценный автополёт бпла с жпс навигацией по программе!
| |
| − | *F5----пять каналов, 16бит, 64Мгц----автополёт плюс дополнительный канал для сброса груза!
| |
| − | *F6----шесть каналов, 20бит, 128Мгц----автомаршрут для сухопутного и водного дрона плюс манипулятор на 4 степени!
| |
| − | *F7----семь каналов, 24бит, 258Мгц----автополёт плюс дополнительно три канала---- на сброс груза, камера и антенн-треккер!
| |
| − | *F8----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 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, паролон или шумка----- это
| |
| − | очень важно при применении поршневого ДВС в качестве СУ!!!
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | ПИД--- коэффициенты чувствительности
| |
| − |
| |
| − | исторически названия коэф.чувствительности пошли от математического описания элементарных систем устойчивости механического типа---по аналогии
| |
| − |
| |
| − | Обратная сила--время разгона--время торможения-----период затухания колебательного переходного процесса зависит от тяговооруженности-
| |
| − | механической перегрузки всей системы как соотношение силы (момент силы) и массы (моментов инерции),то есть ускорение(круговое ускорение)!
| |
| − |
| |
| − | Пропорционально P---Интегрально I---Дифференциальное D ----комплексное уравнение переходных процессов устойчивого состояния системы
| |
| − | стабилизации!
| |
| − |
| |
| − | Э-сопротивление (резистор)--э-индуктивность(дроссель)---э-ёмкость(конденсатор)----параллельная электро-цепочка в обратной связи по
| |
| − | инверсионному входу аналогово операционного усилителя НЧ включённого на прием от датчика положения на прямой вход и на выходе силовое
| |
| − | управление э-магнитом(серво)!
| |
| − |
| |
| − | 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(дрейф), переходный процесс медленно затухающий---- надо увеличить ПИД по оси запаздывания!
| |
| − |
| |
| − | 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!
| |
| − |
| |
| − | третья---- перерегулирование вызывает перевозбуждение или дрожь приводов---большой расход энергии
| |
| − | 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 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 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---это время полного разгона частоты вращения ротора от старта до максимальных оборотов!
| |
| − |
| |
| − | Подбор начальной чувствительности АП делается просто-----
| |
| − |
| |
| − | 1) если максимальная тяговооруженность мультикоптера составляет 4-5 единиц то минимальные пиды=(50-40)% соответственно ,
| |
| − |
| |
| − | 2) если тяговооруженность 2-3 то средние положение пидов=(100-70)%,
| |
| − |
| |
| − | 3) если 1.2-1.5 то максимально возможные=(160-130)%!!!
| |
| − |
| |
| − | в разделе "полётные контроллеры" в статье "Теория настройки ПИД / PID" подробно расписан практический метод настройки коэф. чувствительности в зависимости от режимов полёта!!!
| |
| − |
| |
| − | тоже самое для самолётов ---
| |
| − |
| |
| − | 1) полёт с максимальной скоростью или большой скоростной напор на аэро-рули то минимум пидов=(20-30)%,
| |
| − |
| |
| − | 2) если средний напор на крейсере то средние значения пидов=(40-50)%,
| |
| − |
| |
| − | 3) при малом напоре или режим парения то максимум пидов=(60-70)%!!!
| |
| − |
| |
| − | 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
| |
| − |
| |
| − | 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!
| |
| − |
| |
| − | 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", для минидронов "FY-41AP" уже с "OSD",
| |
| − |
| |
| − | https://aliexpress.ru/item/1005003911097780.html?sku_id=12000031710859412&spm=a2g2w.productlist.search_results.9.59e04aa6ySTinf
| |
| − |
| |
| − | 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!!!
| |
| − |
| |
| − | 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"
| |
| − |
| |
| − | [[Файл:Лк-ап.jpg]]
| |
