Электронное оборудование ракет - БРЭО, часть XI

Легко и быстро - нельзя Пробовали

Sap> Дабы иметь скорость, высоту, положение на траектории, ориентацию. Просто, смотрю тут люди всякие темы с хитрыми ноу-хау плодят. Разве всё это нельзя легко и быстро решить при помощи датчиком ускорения?

А ты почитай не одну последнюю страничку, а побольше. Увидишь, что пробовали или обсуждали и что получилось.

Sap, не в рамках порицать тебя а серьезно.
Опиши проект. Цели. способы их достижения.
раскажи о результатах реализации.
как тебе удобнее все сразу или по этапам.

мне будет очень Интерсено увидеть такой проект.

А наверное акселерометры плохо показывают угловую скорость... То есть по одним только показаниям акселерометров треаекторию не восстановишь, хотя характеристики тяги движка снять можно.

> А наверное акселерометры плохо показывают угловую скорость...
Почему ты так думаешь?

Ну я примерно знаю внутреннее устройство акселерометров и устройство твердотельных гироскопов, они же датчики угловой скорости. У первых просто конденсатор с подвижной обкладкой на упругом подвесе - смещение пропорционально линейному ускорению, выходной сигнал тоже, к повороту не чувствителен. А у вторых - конденсатор с колеблющейся обкладкой с двумя степенями свободы, а на выход подается величина амплитуды кориолисовой силы, она пропорциональна угловой скорости в данной плоскости. В "Компонентах и Технологиях" кажется был цикл статеек про интегральные MEMS именно для этих двух применений. Собственно, чтобы получить траекторию - вроде бы нужно три акселерометра и три гироскопа.
Плохо показывают - это шутка. Они вообще не должны быть чувствительны к поворотам. Хотя если поставить их пару на разных концах ракеты, тогда кажется можно по разности показаний ловить угловую скорость - за счет центростремительного ускорения. Но вопрос тогда в точности.

Правильно, вопрос именно в точности. Точность акселерометра, который не "ложится на ограничитель" при том ускорении, при котором стартуют ракетомодели, недостаточна для уверенного определения апогея. Для определения апогея можно было бы использовать два твердотельных гироскопа, но угловые скорости, опять же, маловаты, особенно, если траектория получилась наклонной, то и в апогее не будет резкого переворота, и максимум угловой скорости будет пологим.

Но показания гироскопов если проинтегрировать - то это уже будет абсолютный угол отклонения. Чего не вижу в данных AD - так это максимально допустимого линейного ускорения (1000 g в течение пол-миллисекунды это не наши условия). Есть правда цифра 0.2 град/сек/g - максимальное смещение измеренного значения при воздействии ускорения. То есть если у нас десяток g при работе движка имеется - то максимум на два градуса в секунду оно будет врать. По-моему для определения апогея не критично. Нуль выхода датчика (все постоянные смещения - самого датчика, АЦП контроллера) можно откалибровать перед стартом за период секунд 20-30, тогда уход интегратора будет небольшим. Вот только ИМХО нужны все три гироскопа - иначе при вращении ракеты мы все оси перепутаем и ничего не наинтегрируем...

ну в описании на эти чудо-устройства написанно, что они пригодны для измерения перемещения, ускорения и угла. Я так понимаю, что угол можно измерить по направлению силы тяжести. Нужен ли там интегратор это ещё ворос, по моим прикидкам хватит фильтра и суммирования на контроллере (зачем что-то калибровать перед стартом не понимаю). По оси Z можно ставить два датчика с разными диапазонами - на 20 g и на 3g. Таким образом можно получать апогей (когда суммарное ускорение равно -1g).
Ещё большой воспрос - на сколько критично измерение угловой скорости - если мы имеем пространственное положение, то нужна ли угловая скорость? Ведь, по-идее, больших угловых скоростей быть не должно.

Добавлено:
Долко что посчитал - два датчика на 1.5g разнесённый на 6 см (радиус 3 см) уже позволяют измерять угловую скорость порядка 20'/сек. Можно ещё разнести датчики и/или калибровать систему перед стартом.

дубль

alex_zeed> Но показания гироскопов если проинтегрировать - то это уже будет абсолютный угол отклонения.

Вы будете удивлены, узнав, сколько на этом пути подводных камней

alex_zeed> Чего не вижу в данных AD - так это максимально допустимого линейного ускорения (1000 g в течение пол-миллисекунды это не наши условия).

Десять-двадцать же ему по барабану (в смысле работает нормально)

alex_zeed> Есть правда цифра 0.2 град/сек/g - максимальное смещение измеренного значения при воздействии ускорения. То есть если у нас десяток g при работе движка имеется - то максимум на два градуса в секунду оно будет врать.

Ну, это зависит от длины активного участка.

alex_zeed> По-моему для определения апогея не критично. Нуль выхода датчика (все постоянные смещения - самого датчика, АЦП контроллера) можно откалибровать перед стартом за период секунд 20-30, тогда уход интегратора будет небольшим.

А вы меряли, насколько небольшим? а мы меряли в самых тепличных условиях может получиться до пяти градусов в минуту Хотя, в среднем, конечно, меньше.

alex_zeed> Вот только ИМХО нужны все три гироскопа - иначе при вращении ракеты мы все оси перепутаем и ничего не наинтегрируем...

Нет, двух достаточно. Больше того, неуправляемые ракеты обычно вращаются вокруг продольной оси довольно быстро - зачастую больше оборота в секунду, а для гироскопа без снижения точности 5/6 оборота в секунду - предел.

Сейчас мы возлагаем надежды на комбинированный датчик из одного гироскопа (хотя разработчику очень хочется впендюрить второй, но я убеждаю его, что это дорого) и оптического сенсора от мыши, который будет следить за Солнцем.

В чисто гироскопическом же случае предположим, что у нас из-за трения о направляющую ось ракеты отклонилась от вертикали на 10 градусов. Примерно за 0,3 секунды, что составит 30 гр/с. При этом горизонтальная компонента скорости составит 17% от полной, или, скажем, 250*0,17= 42,5 метра в секунду. При этом на горизонтальную составляющую влияет только сила сопротивления воздуха, а земное притяжение не влияет. Поэтому минимальная скорость ракеты в апогее составит около 30 метров в секунду, а скорость разворота - около 20 градусов в секунду, или в полтора раза меньше, чем при сходе с направляющей. Конечно, вы скажете "надо интегрировать", ибо при сходе с направляющей угловая скорость наблюдалась в десять раз меньшее время. Но, если у нас гироскоп врёт на 2 градуса каждую секунду активного участка, то за 3 секунды работы бустера он уйдёт на 6 градусов, а дальше за 20 секунд пассивного полёта до апогея ещё на 10 градусов, то момент апогея мы определим с точностью не лучше пары секунд, причём, конечно, чтоб не выбросить парашют заранее, нужно поставить блокировку на короткие импульсы угловой скорости и задержку при получении нужного интеграла.

"В таком вот аскепте" ©

В случае же ракеты 10К всё ещё хуже, для чисто гироскопического варианта - после завершения работы бустера включится перекисной движок, который будет ещё полминуты обеспечивать ускорение 2 "же", и гироскоп дополнительно наврёт ещё 15 градусов. Поэтому солнечный датчик.

ускорение в апогее равно нулю. По данным акселерометра, конечно.
Хуже гораздо то, что и последние 10 секунд пассивного участка, когда скорость меньше 100 м/с, и аэродинамические силы малы, по сравнению с гравитационными, ускорение, по данным акселерометра, тоже равно нулю.

Вообще, для акселерометра, который имеет диапазон 10 "же", торможение под действием аэродинамических сил находится на уровне шума. а 10 "же" для модельных ракет может и не хватить.

Ещё немного, и я, подобно Сержу77, (который модератор, и ему положено) начну говорить "ну прочитайте же, наконец, архив!"
Там всё есть, включая записи данных акселерометра с борта.

Piroman> Вопорс к уважаемому Lioxa, и тем кто делал барометрический датчик.
Piroman> Какую частоту опроса датчика (измерения давления) вы использовали ? чем она она обусловлена ?

125 раз в секунду записываю данные во флеш (8мс). Данные каждой записи получаются для АЦП барометрического датчика и АЦП акселерометра усредняются по 32 выборкам.
Обусловлена частота в основном здравым смыслом, и скоростью записи флеша. ИМХО для построения графиков и расчётов по ним этого достаточно.

А.С.> Ещё немного, и я, подобно Сержу77, (который модератор, и ему положено) начну говорить "ну прочитайте же, наконец, архив!"
А.С.> Там всё есть, включая записи данных акселерометра с борта.

Да записи с акселлерометра есть: вот тут -> http://forums.airbase.ru/viewtopic.php?pid=786063#p786063

Магнитный датчик и барометр хороши именно тем, что меряют абсолютные координаты в системе, связанной с Землёй. А ИНС меряет ускорения и угловые скорости в системе, связанной с ракетой. Чтобы получить приемлемую точность, нужно приложить немалые усилия. Двойное интегрирование - квадратичное нарастание ошибки от времени. Поэтому в "настоящих" ракетах 50-60-х годов акселерометры были интегрирующими - для продольного ГИЛУ, а для бокового и нормального маятниковые. Их выходной сигнал уже был пропорционален интегралу от кажущегося ускорения, поэтому ошибка накапливалась медленнее. А в случае с ГИЛУ - "как бы" не накапливалась вовсе, ибо остановка двигателя происходила по достижению заданного значения кажущейся скорости. А погрешность изготовления можно было откалибровать по данным на Земле, до установки на ракету.

А я вообще предполагал применение твердотельных микросхем-датчиков поворота (не акселерометров!) для мелких ракет с небольшим временем полета - единицы секунд тяги (погрешность максимальная 2 град/сек) и десятки секунд свободного полета (погрешность - ну например упомянутые 5 градусов в минуту), по идее можно градусов в 10 абс. погрешности вложиться. Интегрирование тут одиночное.

Пьезогироскопы дороги и дефицитны для такого применения. К тому же, требуется установка двух штук, иначе, ракета может обернуться по другой оси и один гироскоп переворота не заметит. Минимальный комплект будет включать ещё и ОУ - масштабный усилитель, ибо встроенные АЦП однокристалок обычно "туповаты". Общая масса девайса, конечно, всё ещё меньше массы батарейки "Крона", от которой оно в ракете будет работать, но уже сравнимо, и на МРД-20 это дело высоко не поднимется. Но, в общем и целом, на пьезогироскопах сделать систему выброса парашюта в апогее можно. Но не легко и не просто. Магнитный датчик на порядок проще.

Вот, если строить управляемую ракету с активной стабилизацией, то, да, без гироскопов (пьезо там или не пьезо) не обойтись.

Самый дешевый пьезогироскоп - ENC-03 фирмы Murata. В Чип-и-Дип их сейчас нет, но цена в прайс-листе была 620, что ли, рублей. Подозреваю, что оптовая цена втрое меньше, но где их взять по правильной цене?
Более точный ADXRS150 можно купить в Autex Electronix или в Аргуссофте за 1300-1600 рублей. Если эти цены помножить на два, станет и вовсе грустно, ведь они же могут разбиться в первом же испытательном полёте!

значит нужно сделать конструкцию блока такой чтоб не разбиись. это совсем не дорого.

termostat> значит нужно сделать конструкцию блока такой чтоб не разбиись. это совсем не дорого.

Еще что-бы вообще нашлись, не утонули в озере/болоте, отыскались в сугробе.
В общем годится для ракеты, которая в случае неудачного падения оставляет такую воронку, что искать ее труда не представляет )))))))

А.С.> Самый дешевый пьезогироскоп - ENC-03 фирмы Murata.....но где их взять по правильной цене?

Правильная цена подразумевает правильные количества: ENC-03 // Склад // «Макро Тим» — электронные компоненты

Хо! Так минимальное количество - это на сто евро или 1500 микросхем? отличие-то в сто раз почти!
16 гироскопов - это всего восемь желающих ракетолюбителей должны скинуться, а вот 1500 гироскопов - неподъёмно. Это очень дофига.

А.С.> Хо! Так минимальное количество - это на сто евро или 1500 микросхем?
А Х их З. Если интересно, спроси их.

2 Андрей Суворов

AD вот такую штуку выпустили:


можно попробывать выпросить сэмпл

нам под БПЛА это удалось)

Они её ещё не выпустили Насколько мне известно, первые публичные сэмплы будут в феврале. Я уже с них получил две ADIS16080 и выпросил - когда поступят - ADIS16251. Первые две поставим на крен и рыскание, третью - на тангаж. А ещё они прислали мне ADIS16201 - годится для измерения бокового и нормального ускорения. А на продольное надо ставить либо ADXL210, либо что-то из этого же диапазона (10 же).

350-й, конечно, хорош, спору нет, но дорог, и акселерометры там все три на 10 же, а для ракеты это не очень хорошо.

А вообще, читайте

termostat> значит нужно сделать конструкцию блока такой чтоб не разбиись. это совсем не дорого.

После неполадок с системой спасения, имею некоторый опыт в тотальном уничтожении БРЭО. Вид того что осталось от ракет, наводило меня только на одну мысль. Надо делать надёжную систему спасения.
termostat может в нескольких словах обьясниш как делается такой контейнер.
Высота падения ~500м, диаметр ракеты 4-5см масса ракеты ~1.5кг масса двигателя 100-300гр.