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aok:elektronik:hoehenregler

Luftdrucksensor

Einleitung

Die Höhenregelung basiert auf der Messung des Luftdrucks, zur Dämpfung werden zusätzlich die Signale des Beschleunigungssensors ausgewertet. Die Regelung beeinflußt direkt die Motorstellwerte.

Da die Schubregelung über meist ~ 200 unterschiedliche Stellwerte (Ticks) erfolgt, jedoch je Motorisierung, Regler, Propeller,… je Tick ein anderer Schub resultiert, die Schubänderung anders erfolgt und nicht jeder Kopter das gleiche Gewicht hat, ist die Höhenregelung für jeden Kopter unterschiedlich zu parametrisieren. Ausgehend von Richtwerten müssen Anpassungen je Modell vorgenommen werden.

Plant der Pilot die GPS-Funktionialität zu verwenden ist hier umso mehr Genauigkeit notwendig, hält der Kopter die Höhe nur schlecht oder wird die Drehzahl ständig stark geregelt, so wirken sich die einzelnen Steuersignale vom GPS-Regler je nach aktuellem Schub unterschiedlich aus.

Der Luftdrucksensor ist sehr sensibel, nimmt kleinste Luftdruckänderungen war und reagiert empfindlich bei Änderungen in der Lichteinstrahlung. Daher sollte der Luftdrucksensor gut verpackt werden - Lichtdicht und Luftdruckgedämpft!

Dabei sollte natürlich darauf geachtet werden dass das Verpackungsmaterial nicht leitend ist!

Bis Version 0.30 wurde die Abweichung des Luftdrucks in einen PID-Regler gefüttert, dieser hat die Drehzahl der Motoren reguliert. Zusätzlich ist der ACC-Sensor über einen eigenen Parameter zur Dämpfung eingeflossen. Bei dieser Art der Regelung ist der I-Anteil recht problematisch, da sich der aufsummierte I-Anteil erst mit dem Vorzeichenwechsel der Reglerdifferenz verringert. Dies führt bei einer relativ trägen und langsamen Feedbackschleife (schwerer Kopter) und einer dauerhaft wirkenden Ablenkungskraft (Schwerkraft) zu einem schwingen. Daher war der I-Anteil bis Version 0.30 stark limitiert, dies reichte jedoch nicht aus um z.B. die im Verlauf des Fluges sinkende Akkuspannung zu kompensieren.

Beginnend mit der Version 0.31 wurde die Höhenregelung über einen Geschwindigkeitsregler implementiert.

Der Trick beim Geschwindigkeitsregler liegt darin, das der Abbau des Integralanteils aber bereits beim Verringern der Sollgeschwindigkeit erfolgt. Damit stellt sich der Geschwindigkeitsregler bereits bei der Annäherung an die Soll-Höhe (Soll-Geschwindigkeit nimmt ab, geht gegen 0) auf die neue Situation ein.

Die Regelung der Höhe entspricht so auch eher dem Ansatz den der Pilot beim manuellen Halten der Höhe verfolgt. Das primäre Ziel ist den Kopter grob in die Nähe der Sollhöhe zu bringen und diesen dort erst stabil zu halten um sich dann langsam der Sollhöhe zu nähern. Genauso wird eine geringe Abweichung in der Höhe nur langsam und vorsichtig korrigiert.

Die eigentliche Regelung der Höhe erfolgt mithilfe eines P-Reglers (HEIGHT_SPEED_BIAS) welcher aufgrund der Abweichung zur Sollhöhe eine Sollgeschwindigkeit in Richtung der Zielhöhe vorgibt. Ist der Kopter auf Sollhöhe, so ist die vertikale Sollgeschwindigkeit 0. Ist der Kopter zu niedrig, so wird in Abhängigkeit der Abweichung eine Soll-Steigrate vorgegeben, eine Soll-Sinkrate wenn der Kopter zu hoch ist. Die Vorgabe der vertikalen Sollgeschwindigkeit erfolgt proportional zur Abweichung Soll-Ist Höhe.

vertikale Sollgeschwindigkeit [cm/s] = HEIGHT_SPEED_BIAS * Höhenabweichung [cm] / 100

Diese Sollgeschwindigkeit, welche natürlich nur für die Z-Achse gilt, wird als Zielwert für den Geschwindigkeitsregler verwendet. Bei diesem handelt es sich um einen PID Regler welcher die Motorstellwerte beeinflußt um so die aktuelle vertikale Geschwindigkeit auf den Sollwert zu bringen.

Der Höhenregler kann die Motorwerte um +/-50 Ticks vom Stickwert ändern, dies erlaubt bis zu einem gewissen Grad die Kompensation von Bewegungen am Gas-Stick und der mit der Flugdauer sinkenden Akkuspannung. Diese Kompensation erfolgt durch den Intregral-Teil des Reglers. Bei der Parametrisierung des Integralanteils ist darauf zu achten das dieser nicht den kompletten Reglerbereich von +/- 50 einnehmen darf oder gar noch mehr als diesen - sonst funktioniert die Regelung durch P & D nicht.

Zusätzlich gilt natürlich das der Regelbereich geringer ausfällt wenn der Höhenregler im Steig oder Sinkflug aktiviert wird. z.B: 70 Ticks = Schwebegas, aktueller Wert = 50 Ticks → der Höhenregler muss erst 20 Ticks kompensieren um die Höhe zu halten, der Regelbereich ist damit nach oben bereits um 20 Ticks verkleinert.

Die Luftdruckreglerschleife läuft mit 6,25Hz (alle 160ms).

Kalibrierung

aok/elektronik/hoehenregler.txt · Last modified: 21.03.2012 16:40 by admin