Электронное оборудование ракет - БРЭО, часть X

 
1 6 7 8 9 10 11 12
RU termostat #04.12.2005 02:18
+
-
edit
 
RU Андрей Суворов #04.12.2005 16:31
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

Мюратовский твердотельный гироскоп настолько груб, что традиционно не рассматривается в качестве датчика ориентации в ракетах. Тем не менее, опыты показывают, что и он может быть применён в некритичных случаях, например, для вертикальных пусков.

Вот типичный график дрейфа гироскопа от времени. По оси времени - кванты, равные 0,1 секунды, по другой оси - градусы. За 3.5 градуса он так и не вышел. Напомню, что 3 градуса отклонения вектора скорости - это 5 километров бокового отклонения при пуске на высоту 100 км (без учёта сноса ветром). У неуправляемой ракеты CSXT отклонение составило 20 миль, как мы помним.
Прикреплённые файлы:
drift.GIF (скачать) [7,64 кбайт, 19 загрузок] [attach=14363]
 
 
 

Yuran

опытный

Если всё прогрессивное человечество, шумы создаёт, то я пытаюсь с ними бороться. Итак. Имеем два сенсора (1-барометрический датчик, 2- одноосный акселерометр). Была произведена запись данных в течении 20 минут в стационарном режиме(плата стояла вертикально), тоесть изменение давление происходило только за счёт изменения атмосферного давления (h=const), ускорение соответсвенно должно было быть 1g. Для анализа полученных данных, была написана простая програмка на C#, с визуализацией данных.

Итого имеем, очень хорошую картину для высотомера и очень плохую для акселерометра( разводка обеих частей выполнена по рекомендациям производителя (с экранированием, минимальными путями, и пр)), тоесть её можно с большой долей вероятности не обвинять).

Итак средний шум высотомера на промежутке 1 сек = 0,32метра, изменение атмосферно давления в течении 20 минут примерно эквивалентно 1,2 метра. Это меня более чем устравивает, поэтому я буду расширять диапазон измеряемой высоты. А вот с акселерометром всё намного хуже, шум в течении 5 секунд и 20 минут одинаков и составляет 0,9 g. Это очень много, и здесь уже нужна обрабока сигнала. Диапазон измерения от -250g до 250g.

Каждый отсчёт является результатом усреднения 64 считаных значений с 16 битной(14 бит фактически по даташиту) АЦП. 125 записей во флеш в секунду, тоесть процедура считывания происходила каждые 8 мс.

Предоставляю графики. Справа вверху - время в секундах (это дительность всего отображаемого в данный момент участка, для удобства диапазон разделен ещё на 5 частей.

Белым цветом сделан график для сенсора датчика давления, жёлтым сделан график для датчика ускорения.
Датчик ускорения был поставлен только для вспомогательных целей и не планировался для участия в полётной программе, система спасения привязана только к датчику давления, но всё равно, при одной и той же партии АЦП и "равной" разводке, мне кажется что шум датчика акселерометра не спроста, и думаю его нужно победить =)
НА картинках графики для 20мин, 5мин, 10 сек, 1 сек, 0,5 сек.
Прикреплённые файлы:
noise_20min.gif (скачать) [66,31 кбайт, 23 загрузки] [attach=14364]
 
noise_5min.gif (скачать) [61,64 кбайт, 18 загрузок] [attach=14365]
 
noise_10sec.gif (скачать) [56,51 кбайт, 14 загрузок] [attach=14366]
 
noise_1sec.gif (скачать) [24,23 кбайт, 10 загрузок] [attach=14367]
 
noise_0_5sec.gif (скачать) [19,08 кбайт, 17 загрузок] [attach=14368]
 
 
 
RU termostat #04.12.2005 17:29
+
-
edit
 
RU termostat #04.12.2005 17:36  @Андрей Суворов#04.12.2005 16:31
+
-
edit
 

termostat

аксакал

А.С.> Вот типичный график дрейфа гироскопа от времени. По оси времени - кванты, равные 0,1 секунды, по другой оси - градусы. За 3.5 градуса он так и не вышел. [»]

т.е. температура была постоянной ?

интересное плато наблюдается и довольно длительное время.

Если это повторяемо то можноиспользовать его наличие.

+
-
edit
 

Serge77

модератор

А.С.>> Вот типичный график дрейфа гироскопа от времени.

Похоже, что сначала происходит разогрев чипа, от этого и большой дрейф вначале. Потом температура стабилизируется, получается плато. Может такое быть?

RU termostat #04.12.2005 17:52
+
-
edit
 

termostat

аксакал

Yuran >
с акселерометром всё намного хуже, шум в течении 5 секунд и 20 минут одинаков и составляет 0,9 g.

Это очень много, и здесь уже нужна обрабока сигнала.

Диапазон измерения от -250g до 250g.
 


а я считаю что 0.9 для диапазона 500 это нормально !

======

нужно просто брать акселерометр (как и ЛЮБОЙ измерительный прибор) на диапазон сопоставимый с измеряемой величиной.

Если тебе по зарез нужны ±250 Ж (зачем ? Действующую модель РПГ делаешь ? или хочешь залогить динамику втыкания ракеты в землю без системы спасения ...) то добавть акселерометр на ± 25 Ж например.

Памяти и скорости у тебя с запасом ведь.
RU termostat #04.12.2005 18:07
+
-
edit
 

termostat

аксакал

Мне кажется что нада положить гироскоп в пенопластовую теплоизоляцию и дать поработать минут 15 - чтоб температура стабилизировалась и посмотреть каков будет дрейф.

=======

Еще вариант попробовать логить два гироскопа одновременно и посмотреть каков будет устредненый дрейф - возможно он будет меньше.
RU Андрей Суворов #04.12.2005 18:39  @Serge77#04.12.2005 17:44
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

А.С.>>> Вот типичный график дрейфа гироскопа от времени.
Serge77> Похоже, что сначала происходит разогрев чипа, от этого и большой дрейф вначале. Потом температура стабилизируется, получается плато. Может такое быть? [»]

Нет, гироскоп грелся в течение получаса перед этим - собственным тепловыделением. Может, это неудачно совпало с открытием форточки. По методике сейчас "ноль" шкалы определяется усреднением тысячи замеров перед началом эксперимента.

Это довольно красивое "плато" - вещь абсолютно случайная. Завтра выложу ещё пару графиков. Был один опыт на всю ночь - с 1:32 до 9:38, а перед этим опыт на час примерно, очень характерные графики.

Видимо, я всё же приделаю к этому добру термодатчик на DS1820, и ШИМ от AVR-ки подведу. Вот только что сделать тепловыделяющим элементом? КТ814?
 
+
-
edit
 

Kolian

новичок
У меня давно появилась идея - но недавно снова появился инет:

А почему бы не пустить ракету в небо по трубе?

Первая мысль: как сделать такую большую трубу? - невозможно.
Вторая мысль: а почему эта труба должна быть материальна? Пучек света, направленная радиоволна... Только не ультразвук - звук не догонит ракету.
Третья мысль: А не применялось ли такое раньше? Полазил в инете - оказалось что это применяется у военных - наводка ракет лазером.
Только мы не можем навести лезером на небо, разве что на облако, но это не выход. Значит нужно только светить на ракету, она будет определять где находимся мы и лететь от нас, к небу, по вдоль светового/радиостолба.
Это ведь к электронному оборудованию относится?)
 
RU termostat #05.12.2005 00:23
+
-
edit
 

termostat

аксакал

Вот патент на такую систему - лазер проходя через 2 диска с определенным расположением прозрачных окон создает конусообразное информационное поле в котором закодированы квадранты и отклонение от центра:

"Laser beam rider guidance utilizing beam quadrature detection, United States Patent 5427328


Abstract: A beam rider guidance system is presented which uses a rotating laser light pattern to enable a weapon-borne laser receiver to derive its position relative to the beam axis.

The guidance beam consists of changing light patterns detected and decoded by the receiver as a guidance code, which defines the unique weapon position in the beam.

The code is composed of four distinguishable patterns of light bars which can be detected and decoded into electrical pulses by the laser receiver located anywhere within the confines by the guidance beam. "

Полностью патент с чертежами там:


Patent Searching Database

Complete Patent Searching Database and Patent Data Analytics Services.

// www.freepatentsonline.com
 



=====

Это наверно к управляемым ракетам относится или к активной стабилизации.
+
-
edit
 

timochka

опытный

Yuran>А вот с акселерометром всё намного хуже, шум в течении 5 секунд и 20 минут одинаков и составляет 0,9 g. Это очень много, и здесь уже нужна обрабока сигнала. Диапазон измерения от -250g до 250g.

Спектр шума не смотрел ? Может так набор фиксированных частот ?
 
+
-
edit
 

Yuran

опытный

timochka>> Спектр шума не смотрел ? Может так набор фиксированных частот ? [»]

Спектр не смотрел, попробую поставить побольше конденцатор в выходной фильтр и проверю.

 
RU Андрей Суворов #05.12.2005 13:49
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

Попытка калибровки гироскопа. В качестве "калибратора" использовалась старая "Вега", точнее, её вертушка UNITRA. 45 оборотов в минуту соответствуют 2700/с. Отметим, что, хотя номинальные пределы шкалы гироскопа ±3000/c, он может выдавать и сигналы большей амплитуды. Номинальное значение чувствительности 0,67 мВ/(градус/с) при номинальном значении Uref 2500 мВ и КУ 8 даёт при 16-битной шкале теоретический вес младшего разряда 70.25 LSB/(градус/с). Фактически измеренное составило 65.33 LSB/(градус/с).

Шум гироскопа сравним с шумом квантования, хотя и несколько превышает его. Это означает, что надёжно обнаруженными могут быть только движения быстрее, чем минута дуги в секунду времени, или градус угла в минуту времени. Даже при идеальном термостатировании.

В то же время, линейность шкалы гироскопа много лучше установленной даташитом и, фактически, находится за пределами моих средств измерения :)

Сопротивление вращению, связанное с закручиванием проводов, обусловило уменьшение угловой скорости. Когда я крутил в обратную сторону, провода были предварительно закручены, там этого эффекта нет :)

Хотя уже полученные результаты дают возможность уверенно утверждать - для вертикальных ракет его точность приемлема. Для выхода на орбиту нужна в десяток раз большая чувствительность и меньший дрейф.

А, да, по одной оси - секунды, в десятых долях, как обычно, по другой - градусы в секунду.
Прикреплённые файлы:
calibrate.gif (скачать) [142,64 кбайт, 21 загрузка] [attach=14387]
 
 
 

pokos

аксакал

А.С.> Шум гироскопа сравним с шумом квантования, хотя и несколько превышает его. Это означает, что надёжно обнаруженными могут быть только движения быстрее, чем минута дуги в секунду времени, или градус угла в минуту времени. Даже при идеальном термостатировании.
Недопонял, ну совсем. Поясни, пож-ста.
И спектр шума неплохо бы снять. Кстати, полезно посмотреть и собственный шум АЦП, повесив вместо датчика резистор.
 
RU Андрей Суворов #05.12.2005 14:08
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

А.С.>> Шум гироскопа сравним с шумом квантования,
pokos> Недопонял, ну совсем. Поясни, пож-ста.
Максимальный размах шума гироскопа (на коротких временных интервалах) составляет у меня 3-4 LSB. Значит, средний - 1-1,5 LSB.
Шум квантования теоретически - 0,5 LSB. В то же время у меня, 1 LSB=1/65.33 градуса в секунду. Вот и получается, что дальше поднимать усиление или растягивать шкалу (а я могу и 20 бит сделать, АЦП позволяет, в принципе) не имеет большого смысла.
pokos> И спектр шума неплохо бы снять. Кстати, полезно посмотреть и собственный шум АЦП, повесив вместо датчика резистор.
Значит, так. Я использую сигма-дельта АЦП AD7710, запрограммированный на частоту обновления 10 Гц, при этом полоса сигнала по уровню -3 дБ составляет 2,62 Гц. Благодаря интегрирующему характеру этого АЦП полезный сигнал при этом (почти) не теряется.

Собственный шум АЦП в этом режиме ниже 16-битной шкалы (по даташиту 0,33 микровольта, эффективная разрядность 21 бит). Подавление наводки с частотой 50 Гц и кратных ей превышает 100 дБ. Я проверял - коротил входы отвёрткой, при этом действительно идёт одно значение.

Спектр шума датчика в этой полосе - равномерный. У датчика есть паразитный сигнал - частота резонатора, 22-25 кГц, но его АЦП давит достаточно хорошо.
 

pokos

аксакал

А.С.> Максимальный размах шума гироскопа.....
Нет, это-то как раз совершенно понятно, хотя кое-какие значения я бы слегка поправил. Я не понял вывода о соростях изменения сигнала.
А.С.> Значит, так. Я использую сигма-дельта АЦП AD7710,
Какая частота синхры? Остальное вычитаю с даташита.
А.С.> Собственный шум АЦП в этом режиме ниже 16-битной шкалы (по даташиту 0,33 микровольта,
Блин. Меня интересует не паспортный шум микросхемы, а шум готового девайса. По этой причине отвёртка не принимается. Нужен резюк такого же сопротивления, как и датчик. Я бы ещё ёмкость померил, для чистоты экскремента. Ну, если на выходе есть кондюк, то это не актуально.
 
RU Андрей Суворов #05.12.2005 14:53
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

А.С.>> Максимальный размах шума гироскопа.....
pokos> Нет, это-то как раз совершенно понятно, хотя кое-какие значения я бы слегка поправил. Я не понял вывода о соростях изменения сигнала.

А причём тут скорость изменения сигнала? Дело в том, что, в отличие от классических механических пьезогироскопы (впрочем, и волоконно-оптические) являются датчиками угловой скорости, а не угла. Поэтому шум у них в терминах угловой скорости.

А.С.>> Значит, так. Я использую сигма-дельта АЦП AD7710,
pokos> Какая частота синхры? Остальное вычитаю с даташита.

9830400 Гц (9600х1024)

А.С.>> Собственный шум АЦП в этом режиме ниже 16-битной шкалы (по даташиту 0,33 микровольта,
pokos> Блин. Меня интересует не паспортный шум микросхемы, а шум готового девайса. По этой причине отвёртка не принимается. Нужен резюк такого же сопротивления, как и датчик.

Хех! ещё б я его знал! Даташит на эти датчики у Мюраты фактически состоит из одной таблички в два столбца, вот она:

Парт намбер ENC-03J
Напряжение питания 2.7...5.5 В
Потребляемый ток не более 5 мА
Максимальная угловая скорость ±3000/c
Выходной сигнал в покое 1.35 В
Масштабный коэффициент 0,67 мВ/(градус/с)
Температурный коэффициент масштаба ±20% для рабочего диапазона т-р
Линейность ±5% от полной шкалы
Частотный диапазон 50Гц
Диапазон рабочих температур -5...+75 0С
Диапазон температур при хранении -30...+85 0С
Вес 1.0 г
Размеры 15.5х8.0х4.3 мм

pokos> Я бы ещё ёмкость померил, для чистоты экскремента. Ну, если на выходе есть кондюк, то это не актуально.

На выходе кондюка нет, я пользуюсь только фильтром в АЦП.
 

pokos

аксакал

А.С.> А причём тут скорость изменения сигнала?
Вот и я не понял, причём. Однако, ты пишешь:" Это означает, что надёжно обнаруженными могут быть только движения быстрее, чем минута дуги в секунду времени, или градус угла в минуту времени. "
А.С.> Хех! ещё б я его знал!
А померить?
А.С.> На выходе кондюка нет, я пользуюсь только фильтром в АЦП.
Ну, для интегрирующего АЦП это нормально, но я бы всё же ограничил полосу сигнала уже на входе АЦП. Оно так надёжнее, хотя, именно в данном случае, это больше дело вкуса.
Кстати, дельта-сигмой ты его неправильно назвал. Это АЦП двойного интегрирования.
Значение частоты синхры, на мой взгляд, подходящее.
 
RU Андрей Суворов #05.12.2005 15:43
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

А.С.>> А причём тут скорость изменения сигнала?
pokos> Вот и я не понял, причём. Однако, ты пишешь:" Это означает, что надёжно обнаруженными могут быть только движения быстрее, чем минута дуги в секунду времени, или градус угла в минуту времени. "

Ну да! У меня квант АЦП - это 1/65 ГРАДУСА В СЕКУНДУ! НЕ градуса, А ГРАДУСА В СЕКУНДУ!

А.С.>> Хех! ещё б я его знал!
pokos> А померить?

Предложи методику, при том, что выход дифференциальный, замыкать его нельзя, и ещё масса ограничений на подключение. В даташите на вход ставят RC фильтр с R равным 100 кОм, но это исключительно потому, что керамические конденсаторы с ёмкостями, большими 10 микрофарад, не выпускаются :) Но даже в таком случае выходное сопротивление много меньше 100 килоом.

А.С.>> На выходе кондюка нет, я пользуюсь только фильтром в АЦП.
pokos> Ну, для интегрирующего АЦП это нормально, но я бы всё же ограничил полосу сигнала уже на входе АЦП. Оно так надёжнее, хотя, именно в данном случае, это больше дело вкуса.
pokos> Кстати, дельта-сигмой ты его неправильно назвал. Это АЦП двойного интегрирования.

Это не я его так назвал, это фирма Аналог Девайсиз, которая его выпускает :)
В сигма-дельта АЦП, в отличие от АЦП двойного интегрирования, не происходит полного заряда или полного разряда образцового конденсатора. За один цикл преобразования, я имею в виду. Сигма-дельта АЦП обладают как некими чертами АЦП двойного интегрирования, так и чертами "следящих" АЦП с ЦАПом и счётчиками, но не являются ни тем, ни другим.

pokos> Значение частоты синхры, на мой взгляд, подходящее.
Ну, номинальное значение для этого АЦП - 10 МГц ровно. И его настройки после включения питания приводятся для этой частоты. У меня такая частота просто потому, что для высоких скоростей обмена по последовательному порту получаются "удобные" делители.

В более поздних АЦП - 7714, 7731, - используются именно из этого ряда частоты, т.е. "двоично-круглые", у 7714 2457600 Гц (в четыре раза меньше), а в 7731 4915200 Гц (в два раза меньше), и подогнано под них.

 

pokos

аксакал

А.С.> Ну да! У меня квант АЦП - это 1/65 ГРАДУСА В СЕКУНДУ
Теперь допёр.... Чо-то торможу сегодня, понедельник, мать его...

 
+
-
edit
 

Serj78

новичок
Вполне соглашусь с Андреем, у меня enc-03 убегал примерно на 8-12% градусов в минуту, однако я его не термостатировал, но температура в комнате не плавала более чем на 2 градуса.

Правда, угловые скости у меня были невелики- около 100 градусов/сек.- брал в руки и качал, смотрел на экран. Покачаю, положу на стол. посмотрю на монитор.
Вывел для себя, что отстой полный и как гирокоп годится плохо. А вот как ДУС- вполне.
Постоянная времени интегрирования- 20мс, за эти 20 мс бралось 64 отсчета и они суммировались и делились на 8, таким образом, используя шум датчика и ацп я тешил себя тем, что добавляю 3 разряда к 10 разрядному ацп 32-й меги. :) С высотомером этот фокус проходил.

обычно люди их греют до 50-60 градусов, там они вроде стабильнее работают...
 
RU Андрей Суворов #06.12.2005 12:22  @Serj78#06.12.2005 02:01
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

Serj78> Вполне соглашусь с Андреем, у меня enc-03 убегал примерно на 8-12% градусов в минуту, однако я его не термостатировал, но температура в комнате не плавала более чем на 2 градуса.

Дело в том, что зимой возле окна температура может меняться довольно резко, особенно, если на компьютерный стол попадает струя воздуха от форточки. Но у меня уход заметно меньше :) Собственно, я и добивался данных о том, что даёт этот датчик в идеально тепличных условиях.

Serj78> Правда, угловые скости у меня были невелики- около 100 градусов/сек.- брал в руки и качал, смотрел на экран. Покачаю, положу на стол. посмотрю на монитор.
Serj78> Вывел для себя, что отстой полный и как гирокоп годится плохо. А вот как ДУС- вполне.

Так доступного больше нету ничего! Может, привезут мне ADXRS150, может, не привезут... Модельные гироскопы от Futaba не подходят по причине черезмерного интеллекта, да и стоят дороговато для экспериментов-то...

Мой вердикт - при термостатировании и усреднении данных от двух датчиков можно добиться шумов в районе 1 минута дуги/с и дрейфа 1 градус/минута. Для ракеты с активным участком в 120 секунд это даёт отклонение вектора скорости от номинала на 2-3 градуса (отклонение вектора скорости меньше, чем отклонение вектора тяги в терминальной точке, потому что часть набора скорости прошла при отклонении меньшем, чем терминальное).

Для ракеты класса CATS Prize (с апогеем 200 км) отклонение вектора скорости на 2-3 градуса даёт отклонение точки апогея на 10 км, а точки падения - на 20 км, что, хотя и сравнимо с отклонением неуправляемой ракеты с очень коротким активным участком (10-15 секунд), но позволяет работать с умеренными перегрузками.

Serj78> Постоянная времени интегрирования- 20мс, за эти 20 мс бралось 64 отсчета и они суммировались и делились на 8, таким образом, используя шум датчика и ацп я тешил себя тем, что добавляю 3 разряда к 10 разрядному ацп 32-й меги. :) С высотомером этот фокус проходил.

У меня АЦП с 16/24 разрядной шкалой :) Я, наоборот, зарезал полосу до ниже плинтуса - так оно лучше всего получается.

Serj78> обычно люди их греют до 50-60 градусов, там они вроде стабильнее работают... [»]

Я попробую... Я пока решил использовать не DS1820, а датчик TMP03 с широтно-импульсным выходом.

Кстати, в полномасштабном макете я собираюсь использовать не 7710, а 7731 - у него иначе реализовано переключение каналов, и 1 АЦП может опрашивать сразу все три гироскопа. А другой - три акселерометра (ADXL203E для бокового и нормального ускорений и ADXL210E для продольного). И делать собираюсь на Мега162, а не 2313.
 
+
-
edit
 

Serj78

новичок
Кстати, 403-я футаба в режиме heading hold - (собственно и есть режим интегрирования, при нейтральном входном сигнале) уходит на 15-25 градусов в минуту! Хотя датчик там стоит потенциально более точный, с кольцевым чувствительным элементом. У Чистякова в автопилоте прямо на датчики резисторы керамические двухваттные навешаны- он их так греет :) ...
 

pokos

аксакал

А.С.> Я попробую... Я пока решил использовать не DS1820, а датчик TMP03 с широтно-импульсным выходом.
Андрей, согласен, что у Максимов слишком маленькая точность. И. Если речь идёт не о коррекции, а о термостатировании, я бы предложил использовать простой терморезистор, нюхаемый одним из входов АЦП. Так обещаную мной точность тем-ры 0,1 градус обеспечить можно проще всего.
А нащщёт подогрева Серж78 пишет весьма интересные вещи. Уверен ли ты в значении условно термостабильной точки датчика в 25 градусов?
Кстати, хотелось бы узнать твоё мнение об обычном (возможно, самопальном) гироскопе. Муаровый датчик приклеим, если что.
 
1 6 7 8 9 10 11 12

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru