Использование твердотельных гироскопов в ракетомоделях

Xan>>> Было бы просто две машинки по X и Y, всё было бы гладко.
Б.г.>> Как это?
Полл> Карданный подвес.
Там и был карданный подвес. Но, если в кардане угол между осями не точно 90, то прицелиться точно в зенит такой кардан не сможет.
Сейчас попробую найти поясняющую картинку из его ЖЖ.

Б.г.> Фирма Analog Devices одарила меня новой хотелкой - теперь я хочу ADIS16465-1.

Каким-то необъяснимым образом куда-то пролюбил свой ADIS16460 вместе с платой-переходником. "Пребываю в пессимизме" © В. С. В.
Помимо того, что сама игрушка недешёвая, но у меня хоть уцелел второй экземпляр, второго экземпляра платы-переходника у меня нет.

Б.г.> Каким-то необъяснимым образом куда-то пролюбил

Я давно уже наладил складской учёт для своих ~400 номиналов всякой электроники.
Что и где лежит, и в каком количестве.
И всё равно временами что-то случается!!!

Б.г.>> Каким-то необъяснимым образом куда-то пролюбил
Xan> Я давно уже наладил складской учёт для своих ~400 номиналов всякой электроники.
Xan> Что и где лежит, и в каком количестве.
Xan> И всё равно временами что-то случается!!!

Нашёл. Готов поверить в барабашку, ибо там, где нашёл, искал минимум 4 раза.
Надо готовить вибростенд - согнуть кронштейн из алюминиевой жести из стенки банки от газировки, привинтить на него гироскоп, приклеить кронштейн к сабвуферу, купленному ещё во времена "Лин Индастриал" специально для этого, и спаять провод от планшета к усилителю, чтоб подавать синус или розовый шум...

Б.г.> Надо готовить вибростенд - согнуть кронштейн из алюминиевой жести ...
Цель эксперимента с сабвуфером?

Б.г.>> Надо готовить вибростенд - согнуть кронштейн из алюминиевой жести ...
Mihail66> Цель эксперимента с сабвуфером?

Посмотреть, на сколько больше уходит интеграл за 10 минут при воздействии вибрации, чем при простом лежании на столе. Статическая перегрузка компенсируется хорошо, вот, как быть с вибрацией, не приведёт ли она к серьёзной потере точности?
В тепличных условиях точность гироскопа достаточна, чтобы на "какую-нибудь" орбиту выйти и без коррекции по Солнцу, при длине активного участка 10 минут или меньше.
Это и было подтверждено измерением скорости вращения Земли с помощью этого гироскопа.

Б.г.> Это и было подтверждено измерением скорости вращения Земли с помощью этого гироскопа.
Даже это чувствует, я даже не думал что это возможно. А почему с вибрациями такая проблема? А на ракете трясет мама не горюй (не знаю как гироскопы, а акселерометры как по кочкам), так можно вообще всю ориентацию потерять.

Б.г.>> Это и было подтверждено измерением скорости вращения Земли с помощью этого гироскопа.
Mihail66> Даже это чувствует, я даже не думал что это возможно.

Я же писал здесь об этом, все забыли уже?

Mihail66> А почему с вибрациями такая проблема?

Из-за возможной нелинейности подвеса вибрация может интегрироваться не в ноль.

Mihail66> А на ракете трясет мама не горюй (не знаю как гироскопы, а акселерометры как по кочкам), так можно вообще всю ориентацию потерять.

Да, естественно, это и предстоит измерить. Кабель я уже спаял, усилитель и динамик с полки достал, соединил в одно целое, посмотрел амплитуду колебаний. Должно хватить.

Там ещё важно - все мультимедийные источники сигнала любят ограничивать при 0 дБ. при -3 дБ обычно ещё синус.

Б.г.> Там ещё важно - все мультимедийные источники сигнала любят ограничивать при 0 дБ. при -3 дБ обычно ещё синус.

А что, реакция гироскопа на гармонические колебания как то отличается от импульсных?

Б.г.>> Там ещё важно - все мультимедийные источники сигнала любят ограничивать при 0 дБ. при -3 дБ обычно ещё синус.
Mihail66> А что, реакция гироскопа на гармонические колебания как то отличается от импульсных?

а то! Я ж говорю - нелинейность. Теоретически синусоидальная вибрация при интегрировании уходит вообще в ноль. Широкополосная - уже и теоретически не обязана.

Б.г.> а то! Я ж говорю - нелинейность.
Понятно!
Акселерометр как микрофон, со своими нелинейными. Значит и гироскоп как Пиноккио.

pinko> Б.г., просматривал некоторые спецификации и что-то сделало впечатление. Этот датчик обозначен как "Ultra low noise 0.004*/s/Hz^0.5".
pinko> 0.004*/s в основном угловая скорость земли.

Вообще-то, из-за своих свойств, МЕМС гироскоп способен зарегистрировать только горизонтальную проекцию скорости вращения Земли.

pinko> Означает ли это, что предельный уровень шума для всех гироскопов на земли - ето угловая скорость земли?

Нет, конечно, не означает. Допустим, у нас есть идеальный нешумящий гироскоп (мемс гироскоп). Мы ориентируем его ось чувствительности с севера на юг, и калибруем. Он показывает угловую скорость 0.
После этого мы его разворачиваем на 180 градусов, то, что было ориентировано на север, теперь показывает на юг, и наоборот. Идеальный гироскоп покаже при этом 0,004 градуса в секунду помножить на 2 и на косинус широты, на которой мы ставим опыт.
Если гироскоп совсем идеальный, не МЕМС, и не чувствителен к линейному ускорению, то можно его ось чувствительности поставить параллельно оси вращения Земли (то есть, поднять ось на полярную звезду), и тогда зарегистрировать при перевороте полную удвоенную скорость вращения Земли.
Но реальные МЕМСы от такого переворота смещают ноль куда сильнее, чем от вращения Земли, поэтому ось во время опыта приходится держать горизонтально, и результат множится на косинус широты.
Реальный шумящий гироскоп покажет "что-то", зависит от его характеристик.
Я сделал 16 опытов, в каждом из которых ось попеременно ориентировалась "север-юг" и "юг-север", и выдерживалась по 1 минуте в каждом положении, и так от 6 до 14 (обычно, 12, только один раз было шесть, один - десять, и один - четырнадцать) измерений в каждом опыте.
Затем данные за всю минуту усреднялись, и сравнивались с данными за следующую минуту. Потом полученные разности тоже усреднялись (от 3 до 7 разностей). Получался результат одного опыта.
А в конце я усреднил данные 16 таких опытов. И получил скорость вращения Земли, отличавшуюся от истинной всего на 6%. Правда, сигма, стандартное отклонение, было 16%

Б.г.> Нет, конечно, не означает. Допустим...

Ага, все понял. Спасибо Б.г., что так ясно объяснил!

Б.г.>> Нет, конечно, не означает. Допустим...
pinko> Ага, все понял. Спасибо Б.г., что так ясно объяснил!

Это я ещё не всё объяснил Параметр, который у тебя показан большой жирной стрелкой, это шумы, нормированные к полосе частот сигнала. Размерность - градусов в секунду делить на корень из герц.

Это означает, что, если полоса 1 герц, шум, действительно, должен быть 0,004 градуса в секунду.
Если 4 герца, то уже 0,008 градусов в секунду, если 9 герц, то 0,012 градуса в секунду, если 16 герц, то 0,016 градуса в секунду.

При каждом учетверении полосы мощность шума тоже учетверяется, а амплитуда удваивается.

Но это верно только в области белого шума. А белый шум с нас, как с гуся вода - интегрирование давит его на ура. А, при сужении полосы частот до некоторого предела вылезает фликер-шум, и амплитуда шума уже от полосы не зависит.

У этого гироскопа, ADXRS290, фликер-шум искусственно задавлен фильтром верхних частот. Это улучшает его характеристики при быстрых поворотах, но ухудшает при медленных и очень медленных. В условиях, подобных условиям описанного опыта (при повороте с ориентации север-юг на ориентацию юг-север), его отклик будет спадать со временем (как будто Земля остановилась). И постоянная времени этого спада - в лучшем случае, сотня секунд (т.е. в самом лучшем для ракетчиков режиме за 100 секунд почти в 3 раза).

Для инерциальной навигации такое чудо не годится.

Б.г.> Для инерциальной навигации такое чудо не годится.

Я прошу прощения за свою безграмотность. Но тогда выходит, что ориентироваться не имея дополнительной стационарной точки доступной для наблюдения вообще не получается, даже имея нулевую координату.
Так?

Б.г.>> Для инерциальной навигации такое чудо не годится.
Mihail66> Я прошу прощения за свою безграмотность. Но тогда выходит, что ориентироваться не имея дополнительной стационарной точки доступной для наблюдения вообще не получается, даже имея нулевую координату.
Mihail66> Так?

Если брать "нормальный" гироскоп, без этой "фичи", то, зная начальное положение, можно вычислить любое промежуточное. Правда, ошибка будет расти со временем, но это верно и для классических механических гироскопов.

Другое дело, что там достигнуты непостижимые уму точности -

Б.г.> Другое дело, что там достигнуты непостижимые уму точности -
Обнадеживает!
Б.г.> Другое дело...
ПС. И все же вопрос, а как же в реальной космонавтике, без ориентира на Солнце не обходится что ли, и как...?
Спасибо, Б.г., и успехов на субвуфере!

Mihail66> ПС. И все же вопрос, а как же в реальной космонавтике, без ориентира на Солнце не обходится что ли, и как...?

По слухам, точность гироскопов в МБР такая, что ракета могла бы прилететь в цель в другой конец глобуса с точностью несколько метров.
Ухудшают точность до сотен метров другие факторы, не гироскопы.

В космонавтике ориентироваться только на гироскопы нельзя. Если хочется надёжности и точности.
Поэтому используются и другие системы.

Вообще-то, астрономы знают положение внутренних планет с точность до сантиметров. Зацени!
На одних гироскопах с такой точностью не полетаешь.

Xan> Вообще-то, астрономы знают положение внутренних планет с точность до сантиметров. Зацени!
Xan> На одних гироскопах с такой точностью не полетаешь.

Заценил!
Спасибо за исчерпывающий ответик.

Xan>> Вообще-то, астрономы знают положение внутренних планет с точность до сантиметров. Зацени!
Xan>> На одних гироскопах с такой точностью не полетаешь.
Mihail66> Заценил!
Mihail66> Спасибо за исчерпывающий ответик.

Насчёт сантиметров Xan загнул, конечно.
Действительно, лазерная локация Луны позволяет измерить расстояние до них с такой точностью, но, ни на Марсе, ни на Венере уголковых отражателей нет.
Да и с Луной точность эта относится только к уголковым отражателям, т.е. к поверхности. А положение центра масс Луны с такой точностью не известно будет ещё долго.

Б.г.> Насчёт сантиметров Xan загнул, конечно.

Не, сантиметр для внутренних планет, десять для внешних.
Конечно, это про положение центра масс, а не расстояние до поверхности.

Где читал — не помню.
Разжигать спор не буду!

Б.г.> Да и с Луной точность эта относится только к уголковым отражателям, т.е. к поверхности. А положение центра масс Луны с такой точностью не известно будет ещё долго.
Ну я относительно Луны пока не собираюсь летать, мне только лишь применение гироскопов для ориентации относительно вертикали интересно. Но вот как то пока ваша практика по накоплению ошибки не радует.
Выходит что на коротком временном отрезке это будет как-то работать, но все равно как то все печально в теории.
А за ликбез благодарен.

Mihail66> Выходит что на коротком временном отрезке это будет как-то работать, но все равно как то все печально в теории.

Линейный эффект — сдвиг нуля пропорционален ускорению.
Уход нуля = интеграл от сдвига нуля от ускорения
пропорционален
интегралу ускорения.
То есть, набранной скорости.
Независимо от величины ускорения, а только от конечной скорости.
Можно быстро разгоняться, можно медленно, уход нуля будет одинаковый.

Значит, чем до большей скорости разгоняешься, тем сильнее уходит ноль.
Для скорости 8 км/с уход получается существенный.
А для скорости 1 км/с — не очень.
Так что есть причина для оптимизма для тех, кто просто пуляет не очень высоко вверх.

Xan> А для скорости 1 км/с — не очень.
Xan> Так что есть причина для оптимизма для тех, кто просто пуляет не очень высоко вверх.

А для скорости 500м/с на высоту 10.000 оптимизма еще больше.
Спасибо за пояснения.