Автомат управления шагом воздушного винта.

Yevhen_k
Offline
Зарегистрирован: 20.05.2014

В планах реализовать автомат управления шагом воздушного винта для СЛА.

Из оборудования - линейный актуатор с обратной связью, датчик частоты оборотов винта (на основе датчика холла или сигнала с тахометра двигателя), LCD, arduino.

Хочется реализовать четыре режима работы:

1) Ручной - актуатор управляется вручную кнопками либо ручкой, на LCD отображается текущее положение штока актуатора и частота оборотов.

2) Режим постоянных оборотов - потенциометр задаёт необходимую частоту оборотов.

а) если текущая частота оборотов ниже заданной, актуатор втягивает шток. Угол установки лопастей уменьшается, обороты винта возрастают.

б) если частота оборотов выше заданной, актуатор выталкивает шток.При этом угол возрастает, обороты соответственно падают.

LCD при этом отображает текущее положение штока актуатора, заданную и реальную частоты оборотов винта.

3) Требуемая частота оборотов винта задана в программе (фиксирована). Регулировка происходит аналогично второму режиму.

4) Аварийный режим - при нажатой аварийной кнопке актуатор отключается от автомата управления и возвращается в нулевое положение.

Верхний предел управления актуатором должен быть ограничен программно.

Частота оборотов 0-2500 1/мин. 

Чем всё-таки точнее и лучше мерять обороты, если не привязываться к тахометру двигателя? Как логически лучше реализовать диапазон нечувствительности автомата? Не хочется чтобы он потоянно дёргал актуатор при отклонении оборотов на 10-20 1/мин от заданных. Ну и конечно хочется убедится в принципиальной возможности реализации этого устройства перед тем, как закупать комплектующие. 

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Привет !

Т.е. :

- ручка-потенциометр "ОБОРОТЫ"

- ручка-потенциометр "УГОЛ АТАКИ ВИНТА"

- кнопка ( в триггерном режиме ) - "АВТОМАТ / РУЧНОЙ"

РЕЖИМЫ :

- "РУЧНОЙ"

          - обороты - от ручки, шаг - от ручки

- "АВТОМАТ" :

          - обороты "замораживаются", а шаг устанавливается устройством так, чобы сохранить обороты

          - при изменении оборотов ручкой - шаг устанавливается устройством так, чобы сохранить обороты

Так ?

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Вроде бы только на "вертикальных" поддерживать надо обороты НЕСУЩЕГО винта.....

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Четыре состояния системы - но режима ДВА !

РУЧН. :

- "обороты" и "шаг" - от ручек

при переключении на АВТ. :

- ручка-потенциометр "шаг" деактивизируется ( актуатор не реагирует на положение ручки-потенциометра "шаг" )

- устройство управляет шагом, чобы обороты были постоянными ( установленными )

- при изменении оборотов ручкой-потенциометром "обороты" - устройство управляет шагом, чобы обороты были ОПЯТЬ постоянными ( установленными )

при переключении на РУЧН. :

ручка-потенциометр "шаг" снова становится доступной

          ТУТ ВОПРОС.... в какое положение установить винт - между флюгированием и полной тягой ??????? При переходе на АВТ. обороты и шаг - известны. Но далее - возможно изменение оборотов вручную; шаг - тоже изменится ( устройство его изменит ). Значит при переходе на РУЧН. получим или пинок под зад, или мордой в панель - и то, и другое - винту и двиглу - плохо.

Выход - ручка "шаг" должна быть не потенциометром, а энкодером... Ведь актуатор шага - с обратной связью же ?

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

".... Не хочется чтобы он потоянно дёргал актуатор при отклонении оборотов на 10-20 1/мин от заданных. ..."

в этом поможет Пропорциональный-Интегральный-Дифференциальный регулятор = ПИД-регулятор ( знаю только чуть-чуть теории ).

Вы в каком регионе собираетесь нарушать ( или уже ) Правила Использования Воздушного Пространства РФ ? :)

Не, не так... 

От Питера - далеко ?

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

И ещё.... Набор, снижение, виражи - микроконтроллер справится. При выполнении пилотажа посложнее - не справится ! И опасно - ибо нет контроля ТЯГИ.... Горизонтальный полёт, обороты = 1500, шаг = 10... Задираем нос до угла, например 40... Через некоторое время - обороты = 1500, шаг = max, НО скорость отрицательная :( Цифры в примере - с потолка, я понимаю, что у Вас не SU-27 :)

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

ТехОписание актуатора шага винта - есть ?

Yevhen_k
Offline
Зарегистрирован: 20.05.2014

Не успеваю переварить сразу все посты.

Режим флюгирования конструкцией винта не предусмотрен. Диапазон +-10 градусов от расчётного положения. Пилотаж на автомате тоже никто выполнять не собирается. Первый вариант ВИШ будет с прямым приводом от гидравлики (изменение шага вручную).  Пока делаем гидравлику - думаем над автоматом.

По сути да, режима два - ручной и автомат. Актуатор пока не выбрал. Пока хочу определиться - делать автомат самому или покупать готовый. Из готовых пока нашёл только с режимом поддержания постоянных оборотов. И второй - сложный,  с 5-ю режимами и длинной инструкцией.

Правила Использования Воздушного Пространства РФ нарушать не буду, так как нахожусь не на территории РФ)  Да и сам не летал ни разу, только винты конструирую. 

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Моя понял, что шаг не от 0 до 90, а от AlfaMin до AlfaMax.... ( 5.....15 градусов, например )

Для реализации устройства Вам достаточно будет Arduino NANO w/ Atmega 328 - из Китая в Питер - две недели за 300р., плюс другие шалабушки из области радиодеталей = в 1000р. уложитесь :)

Сложнее сопрячь будет устройство с механикой :( ...

Обороты - датчик Холла или оптопара от диска где-то на валу - или прикрутить где-то датчик момента искрообразования от ВАЗ-2109, например.... Тут всё просто :)

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

УСТРОЙСТВУ нужны данные об оборотах, текущее положение актуатора ШВ ( т.е. угол атаки ) и узел управления актуатором ШВ.

Положение актуатора ШВ - дижущаяся часть актуатора ( это шток, я так понимаю ) + тяга + переменный резистор ( ненадёжная штука ). Сопротивление резистора будет зависить от угла атаки...

Резистор заменяем на абсолютный 8-ми разрядный энкодер - вполне надёжно... УСТРОЙСТВО будет типерь знать текущий угол атаки.

Управление актуатором ШВ – самое сложное.

В задаче условие – актуатор должен управляться по двум ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ каналам – рукой или от УСТРОЙСТВА.

Если гидравлика – то параллельно ручке-гидроклапану нужно будет поставить два электрически управляемых гидроклапана ( ШАГ- и ШАГ+ ) для управления актуатором от УСТРОЙСТВА… моей кажется – это довольно сложно и дорого….

Извините за утрирование, но так проще обьяснить конструкцию…

Рулевая рейка ( РР ) от «Оки», электродвигатель-редуктор стеклоочистителя ( ЭДРС, опять же от ВАЗ-2109 ), абсЭнкодер ( АЭ ).

ЭДРС – к валу РР ( вместо вала рулевого колеса ), от РР справа тяга на шток управления ШВ, от РР слева тяга на АЭ.

В этом варианте угол атаки может быть установлен от кнопок ( РУЧН. ) или от УСТРОЙСТВА ( АВТ. ) – ЭДРС всё равно от чего принимать управляющие сигналы….

БЕЗОПАСНОСТЬ !

АВТ. и РУЧН. – понятие относительное, что с гидравликой, что с электрикой….

Скажу так – РУЧНОйАВАРИЙНЫйРЕЖИМ ( РАР ) !

АН-124… Заход на посадку, отказ и первого и второго контура гидравлики… НО – параллельно этим контурам есть третий, ручной – типа домкрата гидравлического…. По кругам ходил он 40 минут – пока техник руками выпускал шасси….

Вот… При отказе гидронасоса – шток управления ШВ скорее всего сдвинуть будет невозможно ( зависит от типа гидроактуатора )…. При отказе электрики по схеме «Оки» - тоже…. Победить редуктор руками – невозможно, нуно аварийное расцепление редуктора от рейки… Этот вопрос – сами думайте….

Итого : создавать и закупать шарабушки для УСТРОЙСТВА рано ! Всё зависит от выбора актуатора ШВ…

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

!

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

!

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Может быть и к нам прилетите на своей этажерке... Ведь и у нас типерь есть воздПространство типа "Г" или "G" ( "Джи" - как у девушек :) )....

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

NANO w/ Atmega 326 с датчиком абсолютного давления и температуры BMP085 позволит Вам выдерживать высоту ( или эшелон ) с точностью +/-25 см ( практически = +/- 4...5 м

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Прибамбас на BMP085 - испытан при полётах по QFE, по QNH, по мин. прив. давл. района.... точность - выше, чем у аэр. Пулково и азр. Пушкин. Себестоимость прибамбаса - 800р.

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Вы в "G" работаете ? Или флайт-план обязаны заслать ? Страна - какая ?

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

АН-12.... Экипаж = 8 челов... Набрали эшелон FL200... Правак командиру - в гермоотсеке всё накрыто ! Может - по 50 гр. ? ДА ! ВКЛ.АВТ.ПИЛОТ.     ...набрались по 50 гр. до "синих помидоров".... сели... Командир проснулся - кирпичные стены, решётки на окнах... Штурман !!!!!!!! Где мы ? На гауптвахте, командир... НАХЕР МИНЕ ТАКАЯ ТОЧНОСТЬ !????????? ГОРОД - какой ?!!!!!!!!!!!!!!

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

 ! 

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

ВИШ - это кто, чё ? 

Yevhen_k
Offline
Зарегистрирован: 20.05.2014

ВИШ - винт изменяемого шага. 

В общем железки куплены,  модель управления собрана и работает.  С аруинкой сталкиваюсь первый раз. ...

Накрылся правда LCD 1602. Толи от статики,  толи хз отчего.  Правая половина не работает,  только левая. 

Модель системы - это маленький движок с оптопарой,  серва,  потенциометр в цепи движка,  тумблер и задающий потенциометр. 

В ручном режиме потенциометр задаёт угол сервы,  её вал крутит другой потенциометр,  изменяющий обороты движка.  Оптопара выдаёт обороты. 

В авторежиме потенциометр задаёт желаемые обороты,  алгоритм управляем сервой,  меняя обороты движка.  Коэффициенты подобрал,  система стабилизируется секунд за 5.

Смущает алгоритм подсчёта оборотов через прерывания - считаем импульсы за секунду и пересчитываем их в RPM. Вследствие этого воздействие на систему происходит 1 раз в секунду.  Если уменьшать время,  уменьшается точность подсчёта RPM.  Думаю вынести подсчёт RPM на внешнее устройство (мб ещё одну ардуину? ) и перейти на алгоритм подсчёта RPM через время между импульсами. 

 

И попутно практический вопрос.  Есть импульсы тахометра с ДВС,  0-12В. Достаточно ли воткнуть резистор,  чтобы получить сигналы 0-5В?

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

достаточно два резистора - с тахометра на R1 - A - R2 - GND. с точки А на ардуину.

R1 - 1,5 kOm , R2 - 1 kOm. на входе 0...12, в точке А 0...4,8.

если есть тахоимпульсы с двс - зачем нужна оптопара ?

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

> В ручном режиме потенциометр задаёт угол сервы,  её вал крутит другой потенциометр,  изменяющий обороты движка.  Оптопара выдаёт обороты. 

потом серва будет управлять заслонкой двс ?

система стабилизируется секунд за 5.

что-то очень много... двс с холостого хода до макс оборотов должен добираться за 1,5...2 сек

Думаю вынести подсчёт RPM на внешнее устройство (мб ещё одну ардуину? ) и перейти на алгоритм подсчёта RPM через время между импульсами. 

одна ардуинка со всеми задачами справится !

про точность : как вы определили что точность мала ? если исполнительное устройство ( серва ) может установить обороты двс - .....1500 - 1550 - 1600 - 1650..... - то точность измерения ......1500 - 1502 - 1504 - 1506....... излишняя

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

на оптопару работает диск с дырочкой ? добавьте ещё одну и считайте импульсы за 0,5 секунды

10 дырочек - за 0,1 сек

через преравание лучше, не занимается машинное время процессора.... когда измеряется время между тахоимпульсами процессор ничего другого делать не может

количество дырдочек и время измерения можно подобрать так - что колво импульсов за это время будет соответствовать числу оборотов вала двс за минуту ( чтобы не отвлекать процессор на пересчёты )

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

тахометр двс за один оборот вала выдаёт 1 импульс или 6, или 10 ?

как устроен тахометр ? датчик Холла ?

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

два резистора - не совсем правильно - если R2 сломается ( внутренний обрыв ) то он, резистор, потянет за собой на свалку и ардуинку ( она не любит на вход получать 12 V ). лучше сделать через опторазвязку...

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

оптопара PC2501 и два резистора нужно для этого, если использовать внутренний подтягивающий резистор микропроцессора - то нужен один всего резистор - 1 kOm

trembo
trembo аватар
Offline
Зарегистрирован: 08.04.2011

SU-27-16 пишет:

 ардуинку ( она не любит на вход получать 12 V ).

Подайте через 10 килоомный резистор- высокого входного сопротивлени хватит чтобы нормально работать

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

trembo пишет:

SU-27-16 пишет:

 ардуинку ( она не любит на вход получать 12 V ).

Подайте через 10 килоомный резистор- высокого входного сопротивлени хватит чтобы нормально работать

выход резистДелителя через последовательный резюк - вход ардуины спасёт, да... но показания с делителя придётся пересчитывать с учётом этого последовательного резюка.... при импульсном сигнале на входе - не надо пересчитывать, согласен ! но моя больше за оптоПреобразование импульсов 9 .... 18 V  в импульсы не более 5 V :) - кому как нравится :) 

стоп ! не согласен ! 10 kOm последовательный и 1 MOm входнСопротивление ардуины - большая часть напруги сядет на мегаомеВходного, а не на последовательном..... :( будет пробой входного каскада ардуины всё равно :(