Primo quadricottero

[ticinoluca]

Salve a tutti,
mi rivolgo a voi in quanto sto progettando il mio primo quadricottero.
Il modello vuole essere autonomo quindi verrà calcolato un controllore in modo da poterlo far funzionare correttamente.
Per far questo però è necessario conoscere il processo. Sono già a buon punto con i calcoli ma mi sono inbattuto in un problema pi?u che altro fisico:
Il controllo viene effettuato sulla PWM che arriva ai regolatori quindi è necessario identificare la forza dell'elica e il momento in funzione di questo segnale.
Il segnale PWM lo misuro con un oscilloscopio, la forza dell'elica con una bilancia ma il momento del motore non ho idea di come misurarlo.

Qualcuno ha una qualche idea non troppo difficile da realizzare?
Grazie a tutti per l'attenzione

[merengue]

sforzo apprezzabile, ma perchè non ti unisci ad uno dei tanti team che sviluppano dei progetti open source proprio come quello che vuoi fare tu? Potresti evitare di reinventare daccapo quello che già hanno fatto altri, imparare dal codice e dalla documentazione le nozioni che ti servono e magari dare anche tu un contributo.
Le schede di controllo non sono affatto banali, sono frutto di tante ore di lavoro di molta gente che sa il fatto suo.

[ticinoluca]

il fatto è che si tratta di un lavoro di bachelor.
il controllo in se l'ho studiato a scuola e se ho problemi posso chiedere ai professori.
per quanto riguarda la parte delle misure volevo cercare qualche idea altrove

[redfox74]

Salve a tutti,
mi rivolgo a voi in quanto sto progettando il mio primo quadricottero.
Il modello vuole essere autonomo quindi verrà calcolato un controllore in modo da poterlo far funzionare correttamente.
Per far questo però è necessario conoscere il processo. Sono già a buon punto con i calcoli ma mi sono inbattuto in un problema pi?u che altro fisico:
Il controllo viene effettuato sulla PWM che arriva ai regolatori quindi è necessario identificare la forza dell'elica e il momento in funzione di questo segnale.
Il segnale PWM lo misuro con un oscilloscopio, la forza dell'elica con una bilancia ma il momento del motore non ho idea di come misurarlo.

Qualcuno ha una qualche idea non troppo difficile da realizzare?
Grazie a tutti per l'attenzione

Buongiorno Luca,
come regolatori puoi usare sia i pwm e devi generare un segnale da 1000 a 2000 microsecondi con il tuo pwm , sarebbe meglio avere un pwm con una buona risoluzione , micro a 8 bit come avr328 ti da' la possibilita' di avere solo 127 step disponibili in quel range se usi micro piu' seri come stm32 puoi andare a 16 bit pwm e avere 32000 step nello stesso intervallo. E' molto importante pilotare il pwm ad alta frequenza per avere un buon risultato di solito si va al massimo possibile che sono 500 hz
Se vuoi fare qualcosa di ancora migliore ti consiglio di cercare info sui regolatori i2c che ti consentono di avere fino a 2.5 khz di update rate e una risoluzione di 256 punti il doppio di un normale pwm.
Per quanto riguarda calcolare il momento sul motore a cosa ti serve ? I parametri che si usano di solito per caratterizzare il motore sono :
Assorbimento , misurato in amperere.
Forza spingente misurabile attraverso la bilancia.
Questi valori ti variano in base al tipo di motore impiegato e al tipo di elica.
Normalmente queste misure si fanno per trovare la massima efficienza che vuol dire massima spinta possibile con il minor impiego di corrente impiegata .
Per raggiungere questi obbiettivi di solito si tende ad aumentare il numero di motori , per mantenerli all'interno della coppia ottima . Quindi per assurdo piu' motori meno corrente perche' il consumo di corrente quando sei fuori dalla coppia ottima e' esponenziale.
Spero di essere stato chiaro se hai bisogno di ulteriori info mi puoi contattare qui o in live in skype all'indirizzo : virtualrobotix.
Saluti
Roberto

[ticinoluca]

innanzitutto grazie per le risposte
il momento mi serve per evitare la rotazione attorno all'asse z dovuta ai 4 motori. ne metto 2 in un senso e 2 contrari in modo da avere già una rotazione minima ma nei calcoli per il processo rientrano pure i momenti in modo da poter controllare pure quelli (per chi se ne intende un po' li si mette come forza esterna come anche la forza esercitata dai motori quando si calcolano le lagrangiane)
il problema era appunto come misurare fisicamente questo momento (o torque)

[redfox74]

innanzitutto grazie per le risposte
il momento mi serve per evitare la rotazione attorno all'asse z dovuta ai 4 motori. ne metto 2 in un senso e 2 contrari in modo da avere già una rotazione minima ma nei calcoli per il processo rientrano pure i momenti in modo da poter controllare pure quelli (per chi se ne intende un po' li si mette come forza esterna come anche la forza esercitata dai motori quando si calcolano le lagrangiane)
il problema era appunto come misurare fisicamente questo momento (o torque)

Beh anche i momenti si dovrebbero annulllare di solito nei nostri progetti con un giroscopio identifichi la velocita' angolare e intervieni attraverso un pid per tenere fermo l'asse z. Nei sistemi piu' complessi abbiamo anche il magnetometro che annulla il drift dovuto alla deriva termica. Dalla teoria alla pratica c'e' un abisso e meglio avere dei sistemi a contro reazione efficienti piuttosto che creare simulazioni troppo efficienti potrebbero solo crearti poi problemi dal punto di vista della sperimentazione reale.
Le variabili in gioco , le vibrazioni , i drift termici , la discretizzazione degli algoritmi ti sballano il modello di simulazione , non so' cosa usi per simulare , ma sono cose gia' passate ...
Saluti
Roberto

[ziojos]

Ciao Luca,

per misurare la coppia generata dal motore puoi misurare la velocità di rotazione dell' elica,
il momento di reazione che ti interessa per la stabilizzazione ( ma anche per il comando di rotazione intorno all' asse z (YAW) ) è di fatto dato da due componenti:


1) la coppia rotante che fa girare le eliche che potrai calcolare in base al momento d' inerzia delle eliche ed alla velocità

2) il movimento vorticoso impresso all' aria, che di fatto dissipa energia a meno che non si pensi ad eliche coassiali controrotanti che può essere ottenuto per differenza sulla base della prima componente e sottraendola dalla coppia totale generata ottenuta misurando la corrente assorbita dal motore (Ah) e l'efficienza dello stesso.

per questo genere di calcoli ti potrà essere utile un programma del tipo Drive Calculator
che puoi trovare in: Drive Calculator

il calcolo accurato dell'equilibrio non è comunque banale a causa dei fenomeni aerodinamici dissipativi

spero di esserti stato di aiuto

ciao

Josè

[ticinoluca]

penso di usare un controllore di stato non un PID

per la simulazione dei vari processi visti in classe ho sempre usato il tool simulink di MATLAB

[ticinoluca]

ho sotto mano una tesi riguardante un quadricottero da cui ho ricavato le due formule per la forza e per il torque:

Forza = costante*w^2*r^3*costante_angoli

torque = costante*w^2*r^4*(costanti_angoli+c_drag)

ora queste sono teoriche e calcolate attraverso costanti fisiche misurabili come angolo d'incidenza dell'elica,...
come si può vedere esse dipendono dalla velocitâ angolare w
per avere una maggiore precisione però pensavo di misurare sia la forza che il torque con degli strumenti in laboratorio in funzione della pwm passata al regolatore osservata per mezzo di un oscilloscopio.
Il problema era semplicemente che mezzo posso usare per misurare fisicamente in modo piuttosto semplice il torque

p.s. grazie mille a tutti

[crisiinvolo]

Se vuoi misurare FISICAMENTE la coppia puoi ancorare un motore al banco supportandolo con 3 cuscinetti (2 normali uno reggi spinta) sull'asse passante, mentre monti l'elica sul supporto che si avvita sulla cassa.
Il motore sarà libero di ruotare, e collegando un asse alla cassa porti la coppia ad un dinamometro che te la legge ed evita che il motore si arrotoli su se stesso.

Spero di essere più chiaro con uno schemino.



La coppia misurata oltre a dipendere dal PWM dipende da: Tipo di motore, tipo di elica, numero di celle della batteria, stato di carica della batteria, qualità della batteria, stato dei cuscinetti del motore, pressione e temperatura ed umidità dell'aria, stato di quiete o moto dell'aria prima dell'elica, libertà di fuga dell'aria dopo l'elica.

Qualcuno infuenzerà molto altri meno.

[ticinoluca]

grazie mille. l'idea coi cuscinetti mi sembra buona.
proverò a metterla in pratica.
io avevo pensato di mettere il motore con una massa per non lasciarlo partire via su di un banco che lo tiene sollevato in sospensione con l'aria. poi attaccare un dinamometro alla massa sotto, misurare la forza e sommare il momento causato dalla massa.
il tutto però risultava piuttosto laborioso...
il metodo coi cuscinetti mi sembra più pratico e veloce.
per quanto riguarda il volo le prime prove le farò al chiuso in un laboratorio di scuola quindi le variazioni di aria, temperatura,... saranno veramente minime.
per quanto riguarda le batterie ci avevo pensato che dipende tutto anche dalla carica. all'inizio potrei alimentarlo via cavo ma ciò renderebbe il tutto meno libero. in seguito comunque posso mettere un circuito che tiene la tensione fissa e stacca sotto una certa soglia in modo da avere una curva della forza, torque buona per quella tensione.