Использование твердотельных гироскопов в ракетомоделях

RLAN> Вот эти ижевские модули вполне подходят по параметрам на борт.

Продают ли они их простым людям?
Ведь в них нет ограничений против использования в баллистических ракетах.
Или наши на амерские законы забили?

RLAN> Вот эти ижевские модули вполне подходят по параметрам на борт.
RLAN> Но они выдают вектор путевой скорости, чего я раньше не знал.

Ну, фактически, они его выдают с задержкой порядка секунды. для ракеты это неприемлемо.

RLAN> Так может ну его нафиг опираться на акселерометры и гироскопы.

Не выйдет. Используя этот вектор путевой скорости, о поворотах ракеты ты узнаёшь постфактум.

RLAN> Вернее их использовать для верификации, но как вспомогательный инструмент.

Наоборот - сигнал GPS используется для коррекции гироскопов на больших временных интервалах.

Б.г.> Ну, фактически, они его выдают с задержкой порядка секунды. для ракеты это неприемлемо.

Глядя на свои не сильно быстро плывущие гироскопы, можно по изменению вектора догадаться, куда направлена тяга и куда надо развернуться для правильности.

Для неторопливой жидкостной ракеты самое то.

Но не продадут, мне кажется!

Б.г.>> Ну, фактически, они его выдают с задержкой порядка секунды. для ракеты это неприемлемо.
Xan> Глядя на свои не сильно быстро плывущие гироскопы, можно по изменению вектора догадаться, куда направлена тяга и куда надо развернуться для правильности.

Это приводит к рассеянию кинетической энергии (то ты рулишь туда, то сюда) и снижению энергетических характеристик ракеты. Мы с Алексеем Мазуром вместе моделировали выведение по данным ADIS16445, в вариантах с коррекцией посредине расхода ХС и без коррекции.

Получалось, что, при теоретически заданной орбите 300х2400х51,6, матожидание для случая с коррекцией составляло 299х2424х52,0, а без коррекции 268х2445х52,06.

В отсутствие "рыскания" уменьшение перигея на 1 км должно вызывать подъём апогея минимум на 30 км, при таких параметрах орбиты. Мы видим, что с коррекцией оно составило не 30, а 24 км. Но без коррекции перигей провалился на 32 км, а апогей поднялся всего на 45 (должно быть в 20 раз больше). Это значит, что таким "рысканием" пренебречь уже нельзя.

Xan> Но не продадут, мне кажется!
У них есть вариант с гражданской прошивкой, его готовы продать. Только как потом прошивку сменить?

Б.г.> при теоретически заданной орбите 300х2400х51,6

А зачем так высоко забираться?
Там же бытовая электроника взглючит.

Б.г.>> при теоретически заданной орбите 300х2400х51,6
Xan> А зачем так высоко забираться?
Xan> Там же бытовая электроника взглючит.
Так бытовая выключится на высоте 300 км! на 2400 полетит уже спутник, РН пофигу.
P.S. Давайте переберёмся обратно в гироскопную тему.

Xan> Но не продадут, мне кажется!

Если умеешь танцевать с бубном, ничего невозможного нет

Б.г.> P.S. Давайте переберёмся обратно в гироскопную тему.
Картинка для привлечения внимания:
Это по данным видеосъёмки был построен график угла крена. Я не сделал пока коррекцию по тангажу и рысканию (это довольно трудоёмко), но, даже так расхождение невелико. После коррекции достижимая точность явно лучше 1 градуса (правда, это угловая скорость в 30 градусов в секунду, чтобы было лучше, нужна скоростная камера).

......
Б.г.> Это по данным видеосъёмки был построен график угла крена. ....
Привет Андрей! Вот решил обратиться к тебе за практическим советом по теме гиростабилизации. Меня тоже заинтересовала подобная проблема, но существенно менее амбициозными задачами! Вот здесь наш проект:

Тем не менее, напоролся на проблему автоколебаний по оси Z (крен).
Всю тему прочитал, ничего не понял, я не ученый и даже не умный, просто железнодорожник, но тоже хочу!
Если это возможно и не секретно поделись (только на пальцах) общими принципами управляемого полета, а для начала, как погасить колебания по указанной оси? Прочитал много статей, да, все пишут об этой проблеме, но как с этим справиться, ответа нет!

Брат-2> Тем не менее, напоролся на проблему автоколебаний по оси Z (крен).
Брат-2> Всю тему прочитал, ничего не понял, я не ученый и даже не умный, просто железнодорожник, но тоже хочу!

1.
Первое, что должна делать управлялка, это поворачивать руль в противоположную сторону.
Например, держа ракету в руках, наклоняешь её вправо на 2 градуса, а управлялка поворачивает руль влево на 7 градусов. Получается коэффициент 7/2.

Сигнал_на_руль = k1 * Отклонение

Какой именно величины надо взять коэффициент зависит от эффективности рулей.
И от того, насколько жёстко ракета должна выдерживать направление.
И коэффициент называется "коэффициент жёсткости".
Если есть отклонение и руль повернулся, то ракета начнёт с ускорением поворачиваться в правильную строну. Набрав скорость она проскочит через нуль и начнёт поворачиваться влево. А а управлялка будет поворачивать руль вправо. Ракета затормозится и начнёт вращаться вправо. И так и будет колебаться туда-сюда.
Инерция ракеты и действия управлялки дают классический колебательный контур "грузик на пружинке".

2.
Чтобы подавить колебания, надо в управление добавить вязкое трение — зависимость отклонения руля от скорости вращения. "Коэффициент вязкости".

Сигнал_на_руль = k1 * Отклонение + k2 * Скорость_отклонения

Если ракета вращается вправо, то руль отклоняется влево.
Это надо в управляющей программе временно установить k1 = 0, тогда при наклоне руками с равномерной скоростью ракеты вправо, руль будет отклоняться влево. А при нулевой скорости будет вставать в нуль.
Если k2 взять слишком большой, то ракета будет слишком медленно возвращаться к нулю.
Если слишком маленький, то останутся колебания, хотя и затухающие.
Есть некоторое оптимальное значение коэффициента k2 (зависит от k1 и инерции), когда ракета максимально быстро возвращается к нулю и не колеблется.

3.
Есть ещё задержка в управлении.
Пока датчики померяют, пока комп посчитает, пока машинка отработает и руль начнёт действовать.
Если поставить k2 = 0, то за счёт этой задержки обязательно возникнут колебания и будут усиливаться.
Так что k2 нужен и для того, чтоб компенсировать гадость от задержки.

Кроме того, задержка ограничивает величину коэффициента жёсткости k1 — его нельзя делать слишком большим, иначе даже k2 не сможет подавить колебания.

4.
Чтобы правильно посчитать эти коэффициенты, надо где-то почитать про затухающие колебания, измерить инерцию и измерить эффективность рулей.
Это как-то не совсем нетривиально!!!

Я этим занимался но не довёл до конца.
Поэтому не скажу.

Xan> Есть ещё задержка в управлении.

А что делать, когда рулевые машинки не будут успевать реагировать на эти колебания? Т.е. частота отклонений будет больше частоты поворотов рулей?

Брат-2> Если это возможно и не секретно поделись (только на пальцах) общими принципами управляемого полета, а для начала, как погасить колебания по указанной оси?
Это нисколько не секретно, но суть в том, что коэффициенты очень сильно отличаются для рыскания/тангажа и для крена. Раз в 40.
Самый "простой" способ - поставить на крен 2 отдельные машинки с МАЛЕНЬКИМИ рулями. Чтоб они рулили только по крену. Реально маленькими. Для управления по крену ракетой в 10 см диаметром и полтора метра длиной достаточно перьев с ноготь большого пальца взрослого мужчины.

Б.г.> ...потому что рисовать надо было в Корелдро - станок для лазерного раскроя фанеры привычных мне форматов не понимает...
прошу прощения, что влезаю
вы, как я понял, чертите в Компасе? в чем проблема совместимости с ЧПУ?

Xan>> Есть ещё задержка в управлении.
SashaMaks> А что делать, когда рулевые машинки не будут успевать реагировать на эти колебания? Т.е. частота отклонений будет больше частоты поворотов рулей?

Ничего не делать.
Речь о колебаниях, вызванными неправильной настройкой управлялки.
Надо правильно настроить!

Период этих нехороших колебаний получается в несколько раз больше, чем время задержки в машинках.

Эти колебания не такая уж редкость.
Особенно, когда управлением занимается человек.
Вот классика: пилот нервничает, считает, что самолёт плохо его слушается и начинает дёргать ручку слишком сильно, что соответствует увеличению k1.
(Chase plane view of F-8 DFBW pilot-induced oscillations - YouTube)
(Hard Landing and Pilot-Induced-Oscillation in a Glider - YouTube)
(PIO leads to crash landing and loss of aircraft - YouTube)

Управление самолётом при посадке несколько отличается от управления ракетой "чтоб просто вертикально".
У пилота в голове задаётся вертикальная скорость, он её пытается поддерживать.
Задержка в управлении не в том, что "дёрнул ручку — руль повернулся", это время как раз маленькое.
Руль повернулся, появилось угловое ускорение по тангажу.
Оно некоторое время интегрируется и получается угловая скорость.
Скорость интегрируется и получается тангаж.
Подъёмная сила меняется и получается вертикальное ускорение.
Ускорение интегрируется и, наконец, получается вертикальная скорость.
То есть, время реакции зависит от трёх интегрирований, на которые нужно время.

У ракеты:
Руль — угловое ускорение;
интеграл — скорость;
интеграл — угол, готово.
На одно интегрирование меньше. Так что управлять ракетой проще!

Это я всё пишу, чтоб ещё сильнее запутать читателей!!!

Б.г.>> ...потому что рисовать надо было в Корелдро - станок для лазерного раскроя фанеры привычных мне форматов не понимает...

В.Н.> вы, как я понял, чертите в Компасе?

нет, я не черчу в Компасе в Компасе чертил Лин. У меня сейчас нету доступа к Компасу. Но даже и с Компасом - в том Компасе, что нам подарил Прософт, нету экспорта в Корелдро.

В.Н.> в чем проблема совместимости с ЧПУ?

В том, что компании, оказывающие коммерческие услуги по лазерному раскрою фанеры, предпочитают формат Корелдро, а я в Корелдро никогда ничего не рисовал.

Б.г.> В том, что компании, оказывающие коммерческие услуги по лазерному раскрою фанеры, предпочитают формат Корелдро, а я в Корелдро никогда ничего не рисовал.

Компас экспортирует в DXF. дальше можно хоть в Корел перекинуть, хоть напрямую чпушникам. Для них это родной формат (ну почти)

....
Xan> Вот классика: пилот нервничает, считает, что самолёт плохо его слушается и начинает дёргать ручку слишком сильно, что соответствует увеличению k1.
...

Спасибо Xan! Со всеми тобой описанными явлениями я уже столкнулся на своем стенде, поэтому мне понятно, о чем ты пишешь! Отдельное спасибо за пояснение k2, как то сомневался, что понимаю! Колебания по крену подавил!

Брат-2> ..... Отдельное спасибо за пояснение k2, как то сомневался, что понимаю! Колебания по крену подавил!

Вначале избавился от автоколебаний по оси Z (крен) значительным уменьшением реакции рулей. А сегодня реализовал функцию k2. Поразительно, но принудительные вращательные возмущения как будто вязнут в густой жидкости, еще раз спасибо Xan за доходчивое объяснение! Нет, куда рули я и сам знал, я же уже стал летчиком, научился летать на авиамоделях, строить которые и раньше умел, а вот с k2 были трудности в понимании! Опыты провожу под обычным вентилятором и пока только по крену, остальные оси проверить не получается, мала скорость потока воздуха!
Xan! Подскажи еще, пожалуйста! Эффективность рулей зависит от скорости полета ракеты. Надо ли вводить зависимость эффективности рулей от скорости?

Брат-2> Xan! Подскажи еще, пожалуйста! Эффективность рулей зависит от скорости полета ракеты. Надо ли вводить зависимость эффективности рулей от скорости?

Надо, конечно.
Но не обязательно!

Надо, чтоб на максимальной скорости, когда максимальная эффективность, k1 и k2 были оптимальны. Ведь именно тогда может возникнуть нехорошее — максимально влияет задержка в управлении.

А на более низких скоростях — "и так сойдёт".

....
Xan> Надо, конечно.
Xan> Но не обязательно!
...- "и так сойдёт".

Баба с возу, ведь надо еще определить эту скорость! Для этих целей уже планировал использовать показания высотомера!
Можно еще вопрос, крайний!
Xan! А вводить k2 для тангажа и рыскания обязательно? Ведь там, в отличие от крена, есть демпфер – пассивный стабилизатор!

Брат-2> Xan! А вводить k2 для тангажа и рыскания обязательно? Ведь там, в отличие от крена, есть демпфер – пассивный стабилизатор!

Внешний (по отношению к управлялке) демпфер — неизвестно какой величины.
Но врядли он оптимальный.
По идее надо, чтоб их суммарное действие было оптимальным.

Кстати, вот как считается примерно оптимальный k2:

k2 = 2 * sqrt(k1)

.....
Xan> Кстати, вот как считается примерно оптимальный k2:
Xan> k2 = 2 * sqrt(k1)

Добрый день Александр!
Понятно, что k2 должен быть оптимальным, а, что sqrt
в формуле k2 = 2 * sqrt(k1) ?
В проблеме управляемой вертикали самое неприятное то, что крайне сложно смоделировать практическую ситуацию, понятно, что смоделировать ситуацию математически не хватает ума! Да, Бог с ним, с основными параметрами определился, потеплеет, полечу! Надо понять, насколько эффективна управляемая вертикаль, понятно, что по крену управляемость до апогея, а вот по тангажу и рысканиию управляемость только на активном участке, который достаточно короткий!
Александр! Поздравляю тебя и всех участников форума с наступающим Новым Годом 2017! Ну, да, ассоциации не вызывают оптимизма, но будем надеяться на лучшее!
Ну и еще! Xan! Признаюсь честно, я не совсем понимал твою деятельность на форуме, твои цели и задачи, а вот теперь изменил свое мнение! Слушай Xan, а ты действительно умный, надо понимать, что на железной дороге дураков нет! Извини за откровение, ну, да, выпил, так на носу Новый Год!