Tricopter mit Koax

[Willa]

.

[schild=18 fontcolor=000000 shadowcolor=C0C0C0 shieldshadow=1]News:[/schild]
Dieser Tricopter existiert in der hier vorgestellten Form nicht mehr. Stattdessen wurde die Platine für eine deutlich verbesserte Tricopter - Version verwendet. Informationen dazu gibt es hier:
Roboternetz Tricopter Thread

Hi!
Ich möchte hier kurz mein aktuelles Projekt vorstellen. Es wird (hoffentlich....!) ein Tricopter mit 4 Propellern. Ein Propellerpaar ist als Koax ausgelegt um kein Drehmoment um die Hochachse zu haben. Warum? Tja... weiß ich auch nicht... Schließlich kosten die Zahnräder mehr als ein Motor incl. Regler. Also wäre ein Quadrocopter eigentlich günstiger und einfacher zu bauen. Aber ich will nun gerne einen Tricopter ohne Drehmoment um die Hochachse zusammenfrickeln....
Mit viel Hilfe aus dem Forum habe ich die Gyros zum laufen bekommen. Einen ganz kurzen Probeflug in meiner Hand gab es auch schon. Daraus lernte ich:
- P-Regler alleine wird garantiert nicht funktionieren (Tricopter schwingt sich fürchterlich auf)
- Motoren laufen relativ unruhig. Das PPM Signal aus dem Empfänger ist zu stark verrauscht, da muss ich noch was ändern (was?)
- Es ist noch EINIGES zu tun!

Ich habe mir ein sehr praktisches Debug-tool programmiert. Es zeigt die Knüppelpositionen, Servo-Sollwerte, Gyrosignale etc. real time an.

Bilder sind immer angenehmer als Worte...:

Bild hier  
der Koax-Ausleger, noch ohne Gier-Servo

Bild hier  
Tricopter aus Aluprofilen und Flugzeugsperrholz. Das Ganze ist noch ziemlich zerrümpelt, noch sind keine Kabel etc. sauber verlegt. Der Reiz alles mal schnell zusammen zu stecken und auszuprobieren war einfach zu groß...!)

Bild hier  
Die Platine

Bild hier  
Schubkurve vom Koax vs. Einzelwelle

Bild hier  
Ein schön linearer Zusammenhang zwischen Sollwerten und Schubwerten von Koax & Einzelwelle

Bild hier  
Die Effizienz des Koax ist aber geringer

Hier ist schließlich noch ein Screencapture Video meiner Software. Funktioniert schon ganz gut (im Gegensatz zum Tricopter):
http://www.villalachouette.de/willia...ricopdebug.wmv (5MB, .wmv)

Daten werden per RS232 Kabel übertragen. Dafür braucht der µC natürlich auch etwas Zeit, meine Regelalgorithmus wird dadurch nicht besser.....
Über Feedback oder Fragen freue ich mich natürlich!
William

[MSN]

sieht super aus. in welcher sprache is dein debug tool?

[HannoHupmann]

Hast du die Motoren sauber entstört? Damit kann man schon einiges erreichen. Ansonsten würde ich versuchen eine Regelung so aufzubauen, dass die Drehzahl in den Regler mit einfliesst.

Die Regelung kann man auch dezentral aufbauen, dann kannst du die Totzeiten minimieren.

[Willa]

@MSN: Danke, mein Tool ist in VB.NET programmiert. Schön einfach... Genau wie mein Tricopter (BASCOM).
@HannoHupmann: Wie kann ich meine Motoren entstören? Ich kenne das Problem nur aus den "alten" Modellbauzeiten, bei denen konventionelle Brushed-Motoren ordentlich Störungen erzeugten. Ich dachte das Problem gäbe es nicht mehr in der Weise bei Brushless Motoren. Meine Sendersignale schwanken leider auch wenn die Motoren garn nicht angeschlossen sind... Trotzdem sollte ich die Motoren evtl. sicherheitshalber entstören?

Eine dezentrale Regelung ist sicherlich sehr interessant. Wie kann ich mir das vorstellen? Jeder Motor kriegt bspw. einen ATtiny, der dann das Gyro Signal mit dem Soll-Signal verrechnet? Irgendwie muss das ganze dann aber doch einen zentralen Punkt haben, denn den der linke und der rechte Motor teilen sich ja z.B. ein Gyrosignal...

Ansonsten würde ich versuchen eine Regelung so aufzubauen, dass die Drehzahl in den Regler mit einfliesst

wie meinst du das? Meines Wissens nach gibt so ein Brushless-Regler eine mehr oder weniger feste Drehzahl vor, nicht so wie bei konventionellen DC-Motoren. Demnach ist die aktuelle Drehzahl ~= die Soll-Drehzahl.

[HannoHupmann]

@Willa, ok bei Brushless weis ich es nicht so genau, aber ich hätte es jetzt einfachmal versuch mit der klassischen Lösung (hier aber besser nochmal recherchieren ob es so geht). Ansonsten muss man eine Filterelektronik aufbauen.
Was du beschrieben hast klingt so na parasitären Effekten die durch eine unsaubere Signaltrennung entstehen können. Grundsätzlich sollte die Leistungsmasse nicht direkt mit der Logikmasse verbunden werden.

Für Störungen mit dem Sender können auch Leiterschleifen und ähnliches verantwortlich sein. Die HF Entstörung ist ein bischen komplizierteres Gebiet. Wie das auf der Rückseite deiner Lochrasterplatinen aussieht seh ich nicht, aber es klingt alles so als wenn sich hier Signale überlagern die eigentlich sauber getrennt werden müssen.

So wie du es schon richtig erkannt hast, jeder Motor regelt sich selbst, bzw. bekommt eine Intelligenz die die Regelung übernimmt. Je näher der Regler am Motor ist, desto weniger Signalverluste gibt es auf der Leitung. Vermutlich sind deine Störungen auf die Lochrasterplatinen zurück zu führen. Daher braucht es wahrscheinlich keine dezentrale Regelung.

Das Problem bei Motoren ist immer, dass man eine Spannung anlegt und dann hofft daraus eine Drehzahl zu bekommen. Diese ist mehr oder minder proportional zu Spannung. Da Motoren fertigungsbedingt unterschiedlich sind, kommt bei z.B. 12V nicht immer die gleiche Drehzahl raus (Roboter die auf dem Boden fahren, haben dann einen links oder recht drift). Bei den BL Motoren ist es nicht anders.
Was mir aber gerade auffällt ist, dass dich nicht die Drehzahl sondern nur der Schub der Motoren interessiert, der Sensor dafür sind die Gyros. Wenn du für zwei Motoren ein Gyro verwendest, brauchst du aber trotzdem zwei Regler, den jeder Motor reagiert anders auf das Sensorsignal. Hier vielleicht nochmal anpassen.

Dein Regler muss natürlich entsprechen schnell und fein arbeiten (gerade bei Flugzeugen sind Totzeiten unbrauchbar). Der P Regler reicht nicht, das hast du schon erkannt, daher würde ich einen versuchen einen PID-Regler aufzubauen. Damit lassen sich Überschwinger eigentlich recht gut erschlagen.

[BastelWastel]

Vllt ist es noch zu früh für mein Hirn oder der Kaffee zeigt noch keine Wirkung..

Du hast auf einerm der 3 Ausleger ein Propellerpaar als koax, damit ist das Drehmoment das auf den Copter wirkt von da aus 0..
Das bedeutet gleichzeitig dass die anderen beiden auch gegenläufig sein müßen..soweit so gut, aber wie steuerst du Gier, also Drehung um die Hochachse?
Dazu müßtest du eine Drehrichtung langsamer machen bzw. um nicht an höhe zu verlieren die andere schneller?
Bei 3 Auslegern hast du doch dann gleichzeitig einen Nick & Roll?

[Willa]

Der Kaffe war wohl Coffeinfrei ;-D. Der Heckausleger wird mit einem Servo gedreht, das habe ich aber noch nicht eingebaut. Sicherlich lässt sich aber nicht ganz verhindern dass der Copter auch leicht giert wenn ich Roll steuere. Die Propeller sind so angeordnet dass er nach links gieren würde wenn ich nach links rolle. Kann ja nicht schaden. Oder falls doch mische ich das einfach raus.

Bei mir geht es übrigens grad in großen Schritten voran! Ich habe mal den Regeltakt bzw. den Programmtakt gemessen. Wenn Daten per RS232 an das Debugtool gesendet werden ist mein Regeltakt 23.25 Hz "schnell". Wenn ich keinerlei Daten per UART versende, dann ist der Regeltakt 609.75 Hz schnell. Das kann sich doch sehen lassen. Zwischenzeitlich habe ich auch einen D-Anteil programmiert.
Die ersten Flugversuche habe ich auch eben gemacht! Mein Tricopter liegt nahezu wie ein Brett in der Luft, man könnte ihn wahrscheinlich kurzzeitig loslassen. Wenn man den Tricopter versucht mit der Hand zu verdrehen ist das sehr schwer, es wird hart gegengesteuert. Der Copter schwingt sich nun auch nicht mehr auf (liegt hauptsächlich an dem nun viel höheren Regeltakt). Ob das Teil nun so fliegbar ist kann ich noch nicht sagen, ich habe auch noch gar keinen passenden Lipo. Außerdem muss ja noch das Heckservo angebastelt werden. Und wahrscheinlich ist meine Regelung auch noch gar nicht so toll wie sie mir im Moment vorkommt.

@Hanno

Grundsätzlich sollte die Leistungsmasse nicht direkt mit der Logikmasse verbunden werden

Wie kann ich das verhindern? Wahrscheinlich irgendwas mit Widerständen und Kondensatoren, oder...? Aber wie?

Wie das auf der Rückseite deiner Lochrasterplatinen aussieht seh ich nicht,

DAS zeig ich auch lieber niemandem.... Ich habe aber drauf geachtet dass die Leitung vom Empfänger in den µC sehr kurz ist. Dafür sind viele andere Leitungen unnötig lang.

Das Problem bei Motoren ist immer, dass man eine Spannung anlegt und dann hofft daraus eine Drehzahl zu bekommen.

Die Brushlessregler in meinen Helikoptern arbeiten im Regler Modus. D.h. man gibt tatsächlich eine Drehzahl vor und die wird gehalten egal was passiert. So ein Regler (JAZZ 40-6-18) kostet aber auch genau 20 mal so viel wie ein Regler in meinem Tricopter...

[BastelWastel]

Dann nehm ich alles zurück und behaupte das gegenteil..
*mir noch nen Kaffee hol*

[Willa]

Höhö :-D Ich hab mir auch eben mit nem Kaffee Mut angetrunken und meinen Tricopter 2 sekunden lang im Schwebeflug losgelassen...! Und er ist kaum weggedriftet :-D ! Im Schwebeflug ziehen die Motoren 14A, nicht grad wenig... Da werde ich mir wohl nen 2800mAh Lipo holen um ca. 10 min Schweben bzw. 8 min Fliegen zu können.

[Willa]

Bild hier  

Goil! Bin eben ca. 20 sekunden in meinem Zimmer geflogen (länger will ich meinen Nachbarn um diese Uhrzeit nicht mehr zumuten)!!! Der Tricopter fliegt sich anscheinend wie ein konventioneller Heli (ich fliege seit ca. 12 Jahren Modellheli). Für den ersten Einstellversuch doch gar nicht schlecht! Allerdings war ich nur ca. 10-20cm hoch, also musste der Tricopter sicherlich auch mit dem Bodeneffekt kämpfen. Die Hecksteuerung scheint ganz gut zu funktionieren. Allerdings habe ich die Gyroverstärkung (P und D anteil) hier ca. 10 mal so hoch wie auf den anderen Achsen. Nur so zeigt sich eine ordentlich starke Kompensation von Gierbewegungen. Die Steuerempfindlichkeiten haben auch fast auf Anhieb gepasst :-D . Jetzt muss ich mal rausgehen und testen ob die Einstellung auch für andere Sachen als Schwebeflug in 10cm Höhe passt. Bin sehr gespannt.......
Normalerweise verziere ich meine Beiträge immer gerne mit Videos, allerdings habe ich meine Videokamera in Hamburg vergessen... Ich reiche aber "Beweisvideos" nach!