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Inhaltsverzeichnis

Allgemeine Beschreibungen von Reglern, Definitionen von Begriffen

Folgende Erläuterungen können helfen, die Parameter auf den einzelnen Unterseiten besser zu verstehen.

Allgemeine Beschreibungen von Reglern, Definitionen von Begriffen

Vorbemerkung: ebiro hat gute Vorarbeit geleistet und die folgenden Erklärungen aus dem Wiki und dem Forum zusammengetragen. Sie sind noch unvollständig und bedürfen sicher noch einiger Ergänzungen, sollten jedoch in den allgemeinen Wiki-Seiten verfügbar sein.
$/!\$ ToDo: Ergänzungen erforderlich.

P-I-D

P: Steht für proportionale Regelung:

P-proportional: eine Abweichung des Sollwertes vom Istwert geht proportional in die Stellgröße ein, dh. der Eingangswert des Reglers wird einfach mit einem festen Wert multipliziert. u(t)=Kp*e(t). Diesen Wert Kp nennt man Verstärkung. Die Ausgangsgröße ist also proportional zur Eingangsgröße des Reglers. Beispiel: Wenn der MK um 2∞ kippt, würde der Regler versuchen, beim entsprechenden Motor 10% mehr Gas zu geben, wenn die Verstärkung Kp=5 beträgt. u= (5)*(2∞)=10.

Nachteil eines P-Reglers: es muss immer erst eine Abweichung vom Sollwert vorhanden sein, damit er regelt. Bei null Abweichung ist das Produkt ja gleich null. Ist die Verstärkung zu groß eingestellt, fängt ein P-Regler an sich aufzuschwingen und er wird instabil.

I: Steht für integrale Regelung:

I-Integral. In diesem Regler wirkt die Summe der Sollwertabweichungen der Vergangenheit. Nehmen wir an der MK lag vor 3s um 3∞ gekippt in der Luft, vor 2s um -1∞ und aktuell um +1∞, dann würde die Summe dieser Werte +3 ergeben. Dann wird dieser Wert noch mit einem Faktor multipliziert, wie bei P und D auch, und das Produkt ergibt die Ausgangsgröße. Ein I-Regler erhöht sein Gegensteuern also kontinuierlich, wenn der Sollwert länger in eine Richtung abweicht. Auch bleibt dieses Gegensteuern noch eine Weile erhalten, selbst wenn der Sollwert schon wieder erreicht ist oder in die Gegenrichtung abweicht. Ein I-Regler wird schnell instabil, wenn eine Stellgrößenbeschränkung vorhanden ist. Im Beispiel des MK kann der Regler nur so stark regeln, wie die Motoren es erlauben.

D: Steht für differenziale Regelung:

D-differenzial: Hier wirkt die Geschwindigkeit der Änderung der Eingangsgröße auf die Ausgangsgröße des Reglers. Je schneller der MK zur Seite kippt um so größer ist das Gegensteuern des Reglers. Kippt der MK ganz gemächlich zur Seite, würde der reine D-Regler kaum gegensteuern. Auch ist es völlig egal, wie weit der MK schon gekippt ist, nur die Geschwindigkeit der Kippbewegung ist entscheidend für den D-Regler. Die Geschwindigkeit der Änderung wird noch mit einem Faktor multipliziert (wie beim P-Regler) und ergibt dann den Ausgangswert. Einen reinen D-Regler gibt es nicht, er muss immer in Kombination mit einem P-Regler eingesetzt werden.(Quelle:olee)

ACC (Beschleunigungssensor)

Beschreibung

Ein Beschleunigungssensor ist ein Sensor, der die Beschleunigung misst, indem die auf eine Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmt wird. Somit kann z. B. bestimmt werden, ob eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme stattfindet. (Quelle: Wikipedia)

Der in der Flight-Control eingesetzte "LIS3L02AS4" misst die Beschleunigung für alle drei Achsen. Die Beschleunigung wird in eine proportionale Spannung umgesetzt, die vom Microcontroller der Flight-Control ausgewertet wird.

Dass AccX und AccY auch bei unbewegter FC ziemlich unruhig zappeln, während AccZ nahe der Nulllinie bleibt, ist normal.

Aufgabe im Mikrokopter

Die Aufgabe des Beschleunigungssensor im Mikrokopter ist die Bestimmung einer ungewollten Bewegung in horizontaler und vertikaler Richtung. Diese wird in der Regel durch äußere Einfüsse hervorgerufen. Mittels des Sensors kann die Bewegung erfasst und entsprechend gegengesteuert werden. Dadurch ist es möglich, ein Driften des Mikrokopters weitestgehend zu unterbinden und auf einer Position zu schweben.

Zitat Wikipedia: Ein freier Körper (MK) besitzt im Raum drei Freiheitsgrade der Translation und drei Freiheitsgrade der Rotation." Der Beschleunigungssensor ist für die translatorischen Bewegungen zuständig, die Gyros erfassen die rotatorischen Werte.

Zitat Wikipedia: Eine Translation (auch reine Translation) ist eine Bewegung, bei der sich alle Punkte des bewegten Körpers in dieselbe Richtung bewegen. Der Körper bewegt sich somit geradlinig.

Zum Teil wird jedoch auch von einer Translation gesprochen, wenn sich nur der Schwerpunkt des Körpers geradlinig fortbewegt. Der Körper kann sich in diesem Fall also noch um den eigenen Schwerpunkt drehen. Wenn der Körper sich nicht um sich selbst dreht, wird dann von einer reinen Translation gesprochen.

Kommentare:
Ist der Beschleunigungssensor nicht hauptsächlich dazu da, um den Richtungsvektor der Schwerkraft zu bestimmen?

Gyroskope

Im MK kommen 3 Gyroskope zum Einsatz, die Rotationssänderungen in drei Achsen registrieren, indem sie die Winkeländerung pro Zeitspanne (Winkelgeschwindigkeit) messen. Der Sekundenzeiger einer Uhr z.B. hat eine Winkelgeschwindigkeit von 6°/s.Die Gyroskope ermitteln also die anfallenden Winkelgeschwindigkeiten, deshalb liegt einer längs, einer quer und einer steht schön senkrecht, damit der "MK in Raum und Zeit klar kommt". Mit dem Beschleunigungssensor zusammen kriegt der MK dann seine Messwerte, die er interpretiert und zur Flugunterstützung in Steuerbefehle umsetzt. (So stelle ich mir das als Laie jedenfalls vor!)

Luftdrucksensor

Siehe Höhensensor

Heading Hold

Also das Bild mit der Glasplatte, auf der man eine Glaskugel mittig in Position halten soll, hat hier mit HeadingHold zu tun! Die Kugel rollt nach vorne, um das zu stoppen, muss man die Glasplatte nach hinten drehen. Damit die Kugel dann nicht nach hinten abhaut, muss man die Glasplatte wieder nach vorne drehen. Das alles mit viel Gefühl ergibt ein Vor und Zurück auf der Nick-Achse. Selbiges gilt für die Roll-Achse.

Konkret: Die Lageregelung beim MK (ohne HeadingHold) korrigiert automatisch die Ausrichtung des MK, wenn Nick/Roll am Stick (Fernsteuerung) auf neutral (Mittelstellung) stehen. Das ist eine Hilfe und nicht ein Realzustand der Flugbewegung. Es ist gut, sich die Flugbewegung, z.B. Nick, als Vorwärtsbewegung vorzustellen, die ich nur mit einer Gegenreaktion stoppen kann, weil das die reale Physik des Flugzustandes wiedergibt!

Hysteresis

Erklärung: Ufo-Juergen, vielen Dank! Hysterese (griech.: hysteros = hinterher) bezeichnet das Fortdauern einer Wirkung nach Wegfall ihrer Ursache.

Beim Höhenregler ist es so, dass in Höhe x der Sollwert gespeichert wird (Schalter ein = Ursache) und der MK erst in Höhe x+n zum Stehen kommt (= Wirkung). Bei gegebener Hardware ist n abhängig vom "Gasüberschuss". Dieser setzt sich aus P-Anteil der Höhenregelung und der Gasvorgabe (Stickstellung) zusammen. Bei Vollgas bestimmt der P-Anteil die Größe der Hysterese alleine.

Hysterese (Totgang) ist in der Regelungstheorie wichtig, damit das System nicht schwingt. Das Problem der Höhenregelung ist es, dass die Schwingneigung sehr asymmetrisch verläuft, d.h. nach oben ist tüchtig Energiezufuhr notwendig, während nach unten allein die Schwerkraft ausreicht.

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