Использование твердотельных гироскопов в ракетомоделях

А в это время...

Готовая система поддержания заданного направления!!!

Кстати, там моторчики интересные, низкооборотные.

Можно их, наверное, как шаговики для станков применить.

Xan> Можно их, наверное, как шаговики для станков применить.
А зачем, когда для станков есть шаговики

Я не приводил ссылки на те бесколлекторники что для гимбала камер, у них слишком тонкий провод. Т.е. для форсировки высокое напряжение питания потребуется.

Лучще взять обычные бесколлекторники которые очень дешевы - "аутранеры" - ротор снаружи. Статор крепить к корпусу ракеты. А на ротор ставить руль. Так мотор будет сильно продуваться воздухом и можно будет сильно форсировать его по току.

Ход рулей ограничить механически. Тогда для ОС по положению можно будет использовать обычные потенциометры, желательно сдвоенные для надежности. А лучше - авто датчик положения дросселя, на ВАЗ есть контактные и бесконтактные на холле недорогие в автозапчастях.

Semenov> у них слишком тонкий провод. Т.е. для форсировки высокое напряжение питания потребуется.
Semenov> Лучще взять обычные бесколлекторники которые очень дешевы...
Нет не лучше. Просто будешь греть драйвер большим током и мотор ШИМом с большой скважностью.
Для маленькой скорости вращения и большого крутящего момента нужен не большой ток, а большие ампер витки.

Б.г. дайте пожалуйста цифровые данные по вашим рулям, хоть примерно. Момент инерции, какая динамика нужна - например макс. частота для разных углов колебаний руля, какой макс. угловой ход. Что бы предметно обсудить, посчитать. Напряжение питания системы.

Б.г.> у всех бесколлекторников крутящий момент лимитирован, поэтому мощность они добирают за счёт высоких оборотов, напрямую, без редуктора, ими рулить не выйдет.

чушь полнейшая! бескол. разные бывают.

Электропривод рулей на bldc мотор ДБМ 70-0,16-1,5-2 параметры мотора http://mashap.maverick.ru/rus/dv/70-0,16-1,5-2.html
Статья в Тульском вестнике науки стр. 292

Там же очень много интересному по управлению снарядами по приводу по динамике руления.
- пневмопривод рулей релейный
- оптимальное по быстродействию позиционирование двигателя постоянного тока.
- оптимизация быстродействия следящ электропривода при ограничении по потреб мощности
- оптическое позиционирование относительно космических объектов, навигация по лазеру.
- Сравнение приводов рулей систем летательных аппаратов по энергетическим показателям, стр. 269. расчет мощности приводов
- выбор модели bldc для построения модели привода стр. 352
- проектирование приводов антенн

Semenov> чушь полнейшая! бескол. разные бывают.

Чуйствуется ехсперт-он-лаен!!!

Semenov> Электропривод рулей на bldc мотор ДБМ 70-0,16-1,5-2 параметры мотора http://mashap.maverick.ru/rus/dv/70-0,16-1,5-2.html

125 радиан в секунду умножаем на момент 0.3 и получаем "габаритную" мощность 37 ватт. Реальная будет раза в два меньше.
При 360 граммах массы.
А вот детский моторчик массой 58 граммов выдаёт реальную механическую мощность 210 ватт. В 70 раз больше удельно.
Как так, ехсперт???

Xan> А вот детский моторчик массой 58 граммов выдаёт реальную механическую мощность 210 ватт. В 70 раз больше удельно. Как так, ехсперт???

Вы ж в вопросе дали ответ по школьной физике: Мощность = момент * скорость вращения или Мощность = сила * скорость движения. Только 125 радиан в сек. это хол. ход. - т.е. момент там 0.

Вот уже даташит на серво моторы BLDC - http://www.bearingengineers.com/.../n23industrialgrademotorsv30.pdf
там наверняка точно. Серво приемистые. Думаю 60 тех единиц момента это около 0.4 Н*м


Получить бы ЦИФРОВЫЕ данные по создаваемым рулям, тогда бы предметно разговор шел.

Б.г.>> у всех бесколлекторников крутящий момент лимитирован, поэтому мощность они добирают за счёт высоких оборотов, напрямую, без редуктора, ими рулить не выйдет.
Semenov> чушь полнейшая! бескол. разные бывают.

Где именно "чушь полнейшая"?

Надо или ответить на вопрос, или признать, что про чушь сказана чушь.

Xan> Где именно "чушь полнейшая"?

Я считаю что вот это:

Б.г.>>> напрямую, без редуктора, ими рулить не выйдет.

есть чушь. Там же пояснил, что бесколлекторники бывают разные. Очевидно надо взять тот который подойдет под задачу.

Кто в курсе топика - подскажите может в нем опубликованый тех. параметры рулей - инерция, требуемая динамика?

Semenov> есть чушь.

Уже на "чушь полнейшая", но всё равно слишком категорично!

Для не очень быстрого руления всегда голый мотор проиграет по массе моторчику с редуктором.
В некоторых частных случаях мотор без редуктора может быть предпочтительнее редукторного, но уже по другим параметрам, не по весу.
Можно, конечно, цифирьки на арифмометре посчитать, но лениво. Это, вроде как, электрикам должно быть очевидно.

Вот тулякам это не очевидно судя по материалам которые я выше привел.

Xan> Можно, конечно, цифирьки на арифмометре посчитать, но лениво.

Дак что считать то если не известно задание в цифрах. С потолка чтоль брать. А смысл?

Если б знать требуемую частоту и амплитуду перекладки руля и его момент инерции то появился бы смысл считать.

Xan>> Где именно "чушь полнейшая"?
Semenov> Я считаю что вот это:
Б.г.>>>> напрямую, без редуктора, ими рулить не выйдет.
Semenov> есть чушь.

Нет, технически, это, конечно, возможно, но нецелесообразно. Уж очень тяжёлый получается мотор. Поставить редуктор к быстроходному получается и компактнее, и легче, а, при надлежащей конструкции мотора и редуктора, и динамика оказывается приемлемой. Во всяком случае, на ГСП 8К84 стоят ДПМ-ы и безлюфтовые редукторы, а не моторы с непосредственным приводом.

И у бесколлекторников и у шаговиков отношение момента к весу невыгодное, по сравнению с коллекторными двигателями с сериесным возбуждением, даже если ставить условие одинаковой динамики. Про возбуждение постоянными магнитами говорить не будем - там мы упираемся в свойства магнитов, и аутраннер может выиграть, по крайней мере, теоретически. У двигателя с шунтовым возбуждением реверсирование медленнее, хотя и не медленнее, чем у движка с постоянными магнитами.

Кармак в одной из своих ранних "табуреток" пробовал крутить газовые рули шаговыми двигателями, очень быстро оказалось, что ему годятся только самые большие из коммерчески доступных.

Невыгодно это, даже чистые электромеханические приводы редки на ракете, где жалко каждый грамм, обычно пневматика или гидравлика используется для усиления. Но я не хочу грудью бросаться на амбразуру, задачи лучше решать последовательно, и пока я буду рулить коллекторными моторами при помощи ШИМ-сигналов.

Б.г.> пока я буду рулить коллекторными моторами при помощи ШИМ-сигналов.

Это я понял по вашей плате драйвера. Но если нетрудно то дайте цифры какие вы представляете себе по вашим рулям - например макс. частоту перекладки и угол качания. Просто интересно посидеть посчитать, модельку сбацать в симуляторе электропривода.


Кстати еще асинхронник 3-х фазный с ротором в виде полого алюм. цилиндра может подойти под задачу управления рулями. Статор и ротор могут быть в виде части окружности.

Semenov> Кстати еще асинхронник 3-х фазный с ротором в виде полого алюм. цилиндра может подойти под задачу управления рулями.
А что его будет удерживать, допустим, в нейтральном положении?

Сейчас проект такой - ракета представляет собой цилиндр длиной 1800 мм и диаметром 110 мм. В хвосте установлены стабилизаторы площадью каждый 250 см2 (центр давления в 10 см от заднего торца). В голове - четыре управляемых руля (оси вращения в 40 см от кончика обтекателя) площадью 75 см2 каждый. Обтекатель можно считать полусферическим. Рули балансирные, трапецевидные, в основании 7,5 см, на конце 5 см, длина пера 12 см.
Стартовая масса пока набежала 8 кг. Можно считать её условно однородной.

Рабочий диапазон отклонения рулей не более плюс-минус 22 градуса. Сейчас я могу переложить руль из одного крайнего и обратно (разгон, проход, стоп, разгон, проход, стоп) за 0,6 секунды. Из нейтрали быстрее, но засечь с достаточной точностью не выходит

Б.г.> В голове - четыре управляемых руля.
Просьба ногами не пинать.
Просто выскажу свои ощущения. Схема управления утка мне всегда нравилась, но я думаю, что она требует более шустрой реакции, чем хвостовые рули.
По поводу привода я бы все-таки не сравнивал шаговик и синхронник.
Шаговик тормознутый на весь ротор.
А вот синхронники уже более пяти лет заменяют ДПР в рулевых системах.

Semenov>> Кстати еще асинхронник 3-х фазный с ротором в виде полого алюм. цилиндра
Б.г.> А что его будет удерживать, допустим, в нейтральном положении?
Очевидно ПИД и электроника которае может мгновенно менять направление и величину скольжения поля статора относительно ротора.

Б.г.> Рули балансирные, трапецевидные, в основании 7,5 см, на конце 5 см, длина пера 12 см.
Рабочий диапазон отклонения рулей не более плюс-минус 22 градуса. Сейчас я могу переложить руль из одного крайнего и обратно (разгон, проход, стоп, разгон, проход, стоп) за 0,6 секунды. Из нейтрали быстрее, но засечь с достаточной точностью не выходит

Надо сянть на видео и на покадровом просмотре в видеоредакторе все будет видно и легко осчитать.


Огромное спасибо за цифровые данные! Чесотка в руках может поумериться.

Пусть руль сделан из 2 пластин стеклопластика 0.25 мм внутри структура из лонжеронов и прочей требухи - считаю массу руля с начинкой как массу 3
таких пластин: Vруля = 3*0.025 * 120(площадь руля) = 9 см3 при плотности стеклотекст 1,9 получем массу руля 17 грамм. Пусть 20 с запасом.
Момент инерции будем считать как момент инерции стержня длиной 0,07 метра с осью поперек по центру - m = 0,020 * 0,07 * 0,07 / 12 = 8(E-6) Кг*М²

Счиатю что момент инерции ротора прямого привода будет примерно такой же. Тогда общий момент инерции системы принимаем m = 16(E-6) = 1,6(E-5) Кг*М²

Теперь надо найти максимальное требуемое угловое ускорение. Пусть полный ход руля составить 1 радиан. (±28 град) Пусть руль должен делать 5 ходов из одного края в другой за 1 сек. Т.е. колебаться со скоростью 2,5 Гц.

В крайней точке скорость ноль, начав двигаться из нее руль дожен пройти путь до среднего состояния 0,5 рад. за 0,1 сек.

Пройденый угол как путь при поступат. движении - это 0,5 = е*t*t/2 или умножив на 2 получим проще: 1 = е*t*t
отсюда угловое ускорение е = 1/(t*t) = 1 / (0,01) = 100 рад/(сек²)

В середине будет максимальная скорость w = e*t = 100 * 0.1 = 10 рад/сек (Каков аэродинамический момент против врашения? надо прикинуть)

А требуемый момент от мотора привода М = е * m = 1,6(E-5) * 100 = 1,6(E-3) Н*М или 0,0016 Н*М

Трение не учитывал считая, что аэодинамического момента нет за счет симметрии руля, трение мало при подвесе руля не консольно на 2 шариковых подшипниках с жидкой смазкой.

Итого:
Момент инерции руля и привода принял - m = 1,6(E-5) Кг*М²
Макс угловое ускорение руля - е = 100 рад/(сек²)
Треб. момент от привода - М = 0,02 Н*М
Время перекладки из одного крайнего положения в другое T = 0,2 сек.

60 град за 0,2 сек и небольшой момент - параметры соотв вроде обычной модельной серве
Например SERVO мини с металлическим редуктором, крутящий момент 2.2 Кг*См Hextronik MG-14 (metal gear) Вес 14 g Размер "мини серво" Время поворота без нагрузки на 60 градусов = 0.11 сек.
И драйвер городить не надо, и ОС делать - подавай импульсы управления да и все.
А стандартная серва с метал. редуктором вообще в легкую потянет, особенно если напругу питания поднять чуток.

Прошу проверить расчеты!

LEVSHA> Просто выскажу свои ощущения. Схема управления утка мне всегда нравилась, но я думаю, что она требует более шустрой реакции, чем хвостовые рули.

Схема "утка" мне всегда не нравилась, "даже утки летают по нормальной схеме" (с). Но с РДТТ в хвосте нет места под рулевые машины, увы. По прикидке быстродействия хватает впритык. Дело в том, что перекладка из крайнего в крайнее - довольно экстремальный вид управления, а малые колебания привод может отрабатывать и побыстрее.

LEVSHA> По поводу привода я бы все-таки не сравнивал шаговик и синхронник.
LEVSHA> Шаговик тормознутый на весь ротор.
LEVSHA> А вот синхронники уже более пяти лет заменяют ДПР в рулевых системах.

У коллекторного мотора есть одно неубиваемое преимущество - больший момент на заторможенном роторе У синхронников больше срок службы, надёжность и т.д. Причин выбора того или другого мотора много может быть... Есть персонаж - его ник NikSR, но он здесь больше не появляется, он занимался профессионально БПЛА в фирме "Иркут", ему удалось сравнить наши изделия с израильскими. Кое-где коллекторные моторы всё ж лучше.

Semenov> Прошу проверить расчеты!
Эти расчёты вообще ни о чём. Аэродинамические моменты в такой ситуации на порядок или два больше, хоть руль и балансирный, а перо - сравнительно узкое.
Да и поставить два подшипника не очень-то выходит, места не хватает.
Руль (пока он ровно один) изготовлен из гофрокартона, ось - из предпоследнего колена удилища, оклеен в один слой ватманом на эпоксиде, поверх в один слой стеклотканью на ней же. Диаметр оси у основания 5,5 мм, у конца - 4,5 мм, толщина руля в собранном виде в этих местах 5,2 и 6,2 мм соответственно.

Б.г.> с РДТТ в хвосте нет места под рулевые машины, увы.

Опять НЕ ВЕРЮ! что тут затык в выборе схемы.

Вариант 1 очевидный если нет места внутри: закрепить снаружи корпуса Серву модельную с метал редкутором и подшипниками(эстеты - на торцах добавляют пенопласт обтекатели, либо обтекаемы могут быть элементы крепления сервы к корпусу) а в руле сделать паз по размеру сервы. ЧЕГО ПРОЩЕ??? +легкий доступ-замена привода руля.

Вариант 2 (вроде видел на боевых ракетах старых) на корпусе ракеты торчат оси для рулей, на них рули а привод осушествляется через 2 металлич. прутка-тяги от качалки сервы которая находится выше по корпусу ракеты - там где места достаточно, возможно интегрировано в осек БРЭО. Логично ИМХО.

Б.г.> По прикидке быстродействия хватает впритык.

Уточнить бы вес вашего руля и перепроверить расчеты по моменту.

Б.г.> Кое-где коллекторные моторы всё ж лучше.

Я знаю где - в хоббийной практике приводов - простота управления! Тратить время на отладку синхронного и тем более асинхронного привода времени мало у кого найдется, если по расчету обычной модельной сервы достаточно по тех заданию.

Semenov> Уточнить бы вес вашего руля и перепроверить расчеты по моменту.
Руль сейчас весит 10,8 грамма. Но при расчёте его инерции нужно ещё подшипники учитывать. Но, повторюсь, чисто инерционные моменты там не играют роли на фоне аэродинамических.

Б.г.> Эти расчёты вообще ни о чём. Аэродинамические моменты в такой ситуации на порядок или два больше, хоть руль и балансирный, а перо - сравнительно узкое.

Хорошо, увеличим на порядок:
Треб. момент от привода - М = 0,02 Н*М

Б.г.> Да и поставить два подшипника не очень-то выходит, места не хватает.
Размер мотора явно позволит и в тело руля можно врезаться.

Б.г.> Руль (пока он ровно один) изготовлен из гофрокартона.
Укажи вес если взвесишь.

Надо воспользоваться опытом Туляков - воздушно динамический привод рулей применить. Он очень эффективен по расходу электричества. Только на земле отлаживать неудобно, но все же можно исхитриться.

А.С.> Приделал вторую ось:
А.С.> К сожалению, прога пока не дописана. Может, завтра заработает:

А.С.> http://f2.foto.rambler.ru/preview/r/668x501/51853781-f179-b85b-7e3f-8eec8f478ad9/IMG_7742.jpg
А.С.> Некую сложность представляет то, что у гироскопов разные шкалы и разные частоты обновления.

Да, блин, с мая по январь я этой штукой не занимался, а зря. Итак, теперь работают оба канала угловой стабилизации. Завтра подгоню коэффициенты и сделаю видео. Индусы допилили свой водородник, а я допилил двух(пока)осный стабилизатор. С трёхосным там свои сложности, на этой железке я не буду по третьей оси крутить, у неё немножко другая задача.
Кроме коэффициентов, там надо будет начальное приведение написать, по направлению "же", программный разворот по тангажу (90 градусов за 180 секунд), и, на сладкое, наводку на имитатор Солнца.