Гироскопы на радиоуправляемых моделях

устройство датчиков и Назначение гироскопов поворота
алгоритмы и Типичные гироскопы их работы

Гироскопы со стандартным режимом работы
Гироскопы с режимом удержания направления

Специальные самолетные гироскопы

Заключение

устройство датчиков и Назначение гироскопов поворота

Гироскопы предназначены для демпфирования угловых перемещений моделей около одной из осей, или стабилизации их углового перемещения. Используются по большей части на летающих моделях в случаях, в то время, когда нужно повысить стабильность поведения аппарата либо создать ее искусственно. Громаднейшее использование (около 90%) гироскопы нашли в вертолетах простой схемы для стабилизации довольно вертикальной оси методом управления шагом рулевого винта.

Это обусловлено тем, что вертолет владеет нулевой собственной стабильностью по вертикальной оси. В самолетах гироскоп может стабилизировать крен, тангаж и курс. Курс стабилизируют по большей части на турбореактивных моделях для обеспечения посадки и безопасного взлёта, — в том месте взлётные дистанции и большие скорости, а ВПП, в большинстве случаев, узкая.

Тангаж стабилизируют на моделях с малой, нулевой, или отрицательной продольной устойчивостью (с задней центровкой), повышающей их маневренные возможности. Крен полезно стабилизировать кроме того на учебных моделях.

На планёрах и самолётах спортивных классов гироскопы запрещены требованиями FAI.

Гироскоп складывается из датчика угловой скорости и контроллера. В большинстве случаев, они конструктивно объединены, не смотря на то, что на устаревших, и крутых современных гироскопах размешены в различных корпусах.

По конструкции датчиков вращения, гироскопы возможно поделить на два главных класса: механические и пьезо. Правильнее, на данный момент дробить очень уже не на что, по причине того, что механические гироскопы всецело сняты с производства как морально устаревшие. Однако, распишем и их принцип работы также, хотя бы для исторической справедливости.

Базу механического гироскопа составляют тяжелые диски, закрепленные на валу электродвигателя. Двигатель со своей стороны имеет одну степень свободы, т.е. может вольно вращаться около оси, перпендикулярной валу двигателя.

Раскрученные двигателем тяжелые диски владеют гироскопическим эффектом. В то время, когда вся совокупность начинает вращаться около оси, перпендикулярной двум вторым, двигатель с дисками отклоняется на определенный угол. Величина этого угла пропорциональна скорости поворота (те, кто интересуется силами, появляющимися в гироскопах, смогут поглубже ознакомиться с кориолисовым ускорением в особой литературе).

Отклонение мотора фиксируется датчиком, сигнал которого поступает на блок электронной обработки данных.

Развитие новейших технологий разрешило создать более идеальные датчики угловых скоростей. В следствии показались пьезогироскопы, каковые к настоящему времени всецело вытеснили механические. Само собой разумеется, они так же, как и прежде применяют эффект кориолисова ускорения, но датчики являются твердотельными, другими словами вращающиеся части отсутствуют.

В самый распространенных датчиках употребляются вибрирующие пластины. Поворачиваясь около оси, такая пластина начинает отклоняться в плоскости, поперечной плоскости вибрации. Это отклонение измеряется и поступает на выход датчика, откуда снимается уже внешней схемой для обработки.

Самыми известными производителями аналогичных датчиков являются компании Murata и Tokin.

Пример обычной конструкции пьезоэлектрического датчика угловых скоростей дан на следующем рисунке.

У датчиков аналогичной конструкции имеется недочёт в виде громадного температурного дрейфа сигнала (т.е. при трансформации температуры на выходе пьезодатчика, находящегося в неподвижном состоянии, может показаться сигнал). Но преимущества, приобретаемые вместо, намного перекрывают это неудобство. Пьезогироскопы потребляют значительно меньший ток если сравнивать с механическими, выдерживают громадные перегрузки (менее чувствительны к авариям), разрешают более совершенно верно реагировать на повороты моделей.

Что касается борьбы с дрейфом, то в недорогих моделях пьезогироскопов имеется легко регулировка нуля, а в более дорогих — автоматическая установка нуля процессором при подаче питания и компенсация дрейфа температурными датчиками.

Жизнь, но, не следует на месте, и вот уже в новой линейке гироскопов от Futaba (Семейство Gyxxx с совокупностью AVCS) уже стоят датчики от Silicon Sensing Systems, каковые весьма выгодно отличаются по чертям от продуктов Murata и Tokin. Новые датчики имеют более низкий температурный дрейф, более низкий уровень шумов, весьма высокую виброзащищенность и расширенный диапазон рабочих температур. Это достигнуто за счет трансформации конструкции чувствительного элемента.

Он сделан в форме кольца, трудящегося в режиме изгибных колебаний. Кольцо делается способом фотолитографии, как микросхема, исходя из этого датчик именуется SMM (Silicon Micro Machine). Не будем углубляться в технические детали, интересные смогут отыскать все тут: http://www.spp.co.jp/sssj/comp-e.html.

Приведем только пара фотографий самого датчика, датчика без фрагмента и верхней крышки кольцевого пьезоэлемента.

алгоритмы и Типичные гироскопы их работы

самые известными производителями гироскопов на сегодня являются компании Futaba, JR-Graupner, Ikarus, CSM, Robbe, Hobbico и т.д.

Сейчас разглядим режимы работы, каковые употребляются в большинстве производимых гироскопов (всякие необыкновенные случаи разглядим позже раздельно).

Гироскопы со стандартным режимом работы

В этом режиме гироскоп демпфирует угловые перемещения модели. Таковой режим достался нам в наследство от механических гироскопов. Первые пьезогироскопы отличались от механических по большей части датчиком. Метод работы остался неизменным.

Сущность его сводится к следующему: гироскоп измеряет скорость поворота и выдает коррекцию к сигналу с передатчика, дабы замедлить вращение, как это вероятно. Ниже дается пояснительная блок-схема.

Как видно из рисунка, гироскоп пробует подавить любое вращение, в том числе да и то, которое позвано знаком с передатчика. Дабы избежать для того чтобы побочного результата, нужно на передатчике задействовать дополнительные микшеры, дабы при отклонение ручки управления от центра, чувствительность гироскопа медлено уменьшалась. Такое микширование возможно уже реализовано в контроллеров современных гироскопов (дабы уточнить, имеется оно либо нет — посмотрите характеристики устройства и управление по эксплуатации).

Регулировка чувствительности реализуется несколькими методами:

Дистанционная регулировка отсутствует. Чувствительность задается на земле (регулятором на корпусе гироскопа) и не изменяется на протяжении полета.
Дискретная регулировка (dual rates gyro). На земле задается два значения чувствительности гироскопа (двумя регуляторами). В воздухе возможно выбирать необходимое значение чувствительности по каналу регулирования.
Плавная регулировка. Гироскоп выставляет чувствительность пропорционально сигналу в регулирующем канале.

На данный момент фактически все современные пьезогироскопы имеют плавную регулировку чувствительности (а о механических гироскопах возможно уже смело забыть). Исключение составляют лишь базисные модели некоторых производителей, где чувствительность устанавливается регулятором на корпусе гироскопа.

Дискретная регулировка нужна лишь с примитивными передатчиками (где нет дополнительного пропорционального канала либо нельзя выставить длительности импульсов в дискретном канале). В этом случае в канал регулирования гироскопа возможно включить маленький дополнительный модуль, что будет выдавать заданные значения чувствительности в зависимости от положения тумблера дискретного канала передатчика.

В случае если сказать о преимуществах гироскопов, реализующих лишь обычный режим работы, то можно подчернуть, что:

Такие гироскопы имеют достаточно низкую цену (благодаря простоты реализации)
При установке на хвостовую балку вертолета, новичкам несложнее делать полеты по кругу, поскольку за балкой возможно особенно не следить (балка сама разворачивается по ходу перемещения вертолета).

Недочёты:

В недорогих гироскопах термокомпенсация сделана плохо. Нужно вручную выставлять ноль, что может сместиться при трансформации температуры воздуха.
Приходится использовать дополнительные меры по устранению результата подавления гироскопом управляющего сигнала (дополнительное микширование в канале управления чувствительности либо повышение расхода рулевой машинки).

Вот легендарныепримеры обрисованного типа гироскопов:

При выборе рулевой машинки, которая будет подключаться к гироскопу, направляться отдавать предпочтение более стремительным вариантам. Это разрешит добиться большей чувствительности, без риска, что в совокупности появятся механические автоколебания (в то время, когда из-за перерегулирования рули начинают сами двигаться из стороны в сторону).

Гироскопы с режимом удержания направления

В этом режиме стабилизируется угловое положение модели. Для начала маленькая историческая справка. Первой компанией, которая сделала гироскопы с таким режимом, была CSM. Режим она назвала Heading Hold. Потому, что наименование было запатентовано, другие компании стали придумывать (и патентовать) собственные заглавия. Так появились марки 3D, AVSC (Angular Vector Control System) и другие.

Такое многообразие может повергнуть новичка в легкое замешательство, но в действительности, никаких различий в работе таких гироскопов нет.

И еще одно замечание. Все гироскопы, каковые имеют режим Heading Hold, поддерживают кроме этого и простой метод работы. В зависимости от делаемого маневра, возможно выбирать тот режим гироскопа, что больше подходит.

Итак, о новом режиме. В нем гироскоп не подавляет вращение, а делает его пропорциональным сигналу с ручки передатчика. Отличие очевидна.

Модель начинает вращаться как раз с той скоростью, с которой необходимо, независимо от других факторов и ветра.

Посмотрите блок-схему. По ней видно, что из сигнала и управляющего канала с датчика получается (по окончании сумматора) разностный сигнал неточности, что подается на интегратор. Интегратор же меняет сигнал на выходе , пока сигнал неточности не будет равен нулю.

Через канал чувствительности регулируется постоянная интегрирования, другими словами скорость отработки рулевой машинки. Очевидно, приведенные выше объяснения очень приблизительны и владеют рядом неточностей, но так как мы планируем не делать гироскопы, а использовать их. Исходя из этого нас значительно больше должны интересовать практические изюминки применения аналогичных устройств.

Преимущества режима Heading Hold очевидны, но хочется очень выделить плюсы, каковые проявляются при установке для того чтобы гироскопа на вертолет (для стабилизации хвостовой балки):

на вертолете начинающий пилот в режиме висения может фактически не руководить хвостовым винтом
отпадает необходимость в микшировании шага хвостового винта с газом, что пара упрощает предполетную подготовку
триммирование хвостового винта возможно создавать без отрыва модели от почвы
делается вероятным исполнение таких маневров, каковые раньше были затруднены (к примеру, полет хвостом вперед).

Для самолетов использование данного режима также возможно оправдано, в особенности на некоторых сложных 3D-фигурах наподобие Torque Roll.

Вместе с тем направляться подчернуть, что любой режим работы имеет собственные особенности, исходя из этого применение Heading Hold везде подряд не есть панацеей. При исполнении простых полетов на вертолете, в особенности новичками, применение функции Heading Hold может привести к утрата управления. К примеру, если не руководить хвостовой балкой при исполнении виражей, то вертолет опрокинется.

В качестве примеров гироскопов, каковые поддерживают режим Heading Hold, возможно привести следующие модели:

Переключение между стандартным режимом и Heading Hold производится через канал регулировки чувствительности. В случае если поменять продолжительность управляющего импульса в одну сторону (от средней точки), то гироскоп будет трудиться в режиме Heading Hold, а вдруг в другую — то гироскоп перейдет в обычный режим. Средная точка — в то время, когда продолжительность канального импульса равна приблизительно 1500 мкс; другими словами, если бы мы подключили на данный канал рулевую машинку, то она установилась бы в среднее положение.

Раздельно стоит затронуть тему используемых рулевых машинок. Чтобы добиться большого результата от Heading Hold, необходимо ставить рулевые машинки с повышенной скоростью работы и высокой надежностью. При увеличении чувствительности (в случае если скорость отработки машинки разрешает), гироскоп начинает перекладывать сервомеханизм весьма быстро, кроме того со стуком. Исходя из этого машинка должна иметь важный запас прочности, дабы продолжительно прослужить и не выйти из строя.

Предпочтение стоит отдавать так называемым цифровым машинкам. Для самых современных гироскопов разрабатывают кроме того специальные цифровые сервомашинки (к примеру, Futaba S9251 для гироскопа GY601). Не забывайте, что на земле, из-за отсутствия обратной связи от датчика аккумуляторная, если не принять дополнительных мер, то гироскоп в обязательном порядке выведет рулевую машинку в крайнее положение, где она начнёт испытывать большую нагрузку.

Исходя из этого в случае если в рулевую машинку и гироскоп не встроены функции ограничения хода, то рулевая машинка обязана мочь выдерживать громадные нагрузки, дабы не выйти из строя еще на земле.

Специальные самолетные гироскопы

Для применения в самолетах с целью стабилизации крена начали производить специальные гироскопы. От простых они отличаются тем, что имеют еще один канал внешней команды.

При управлении каждого элерона отдельным серво, самолетчики с компьютерной аппаратурой задействуют функцию флаперонов. Микширование происходит на передатчике. Но контроллер самолетного гироскопа на модели машинально определяет синфазное отклонение обоих каналов элеронов и не мешает ему. А противофазное отклонение задействуется в петле стабилизации крена — в ней присутствуют два сумматора и один датчик угловой скорости. Вторых отличий нет.

В случае если элероны управляются от одного серво, то специальный самолетный гироскоп не нужен, сгодится и простой. Самолетные гироскопы делают компании Hobbico, Futaba и другие.

Касаясь применения гироскопов на самолете, необходимо подчернуть, что нельзя использовать режим Heading Hold на посадке и взлёте. Правильнее, в тот момент, в то время, когда самолет касается почвы. Это вследствие того что в то время, когда самолет находится на земле, он неимеетвозможности накрениться либо развернуть, исходя из этого гироскоп выведет рули в какое-нибудь крайнее положение.

А при отрыве самолета от почвы (либо сразу после посадки), в то время, когда модель имеет громадную скорость, сильное отклонение рулей может сыграть злую шутку. Исходя из этого настоятельно рекомендуется применять гироскоп на самолетах в стандартном режиме.

В самолетах эффективность элеронов и рулей пропорциональна квадрату скорости полета самолета. При широком диапазоне скоростей, что характерно для сложного пилотажа, нужно компенсировать это изменение регулированием чувствительности гироскопа. В противном случае при разгоне самолета совокупность перейдет в автоколебательный режим.

В случае если же задать сходу низкий уровень эффективности гироскопа, то на малых скоростях, в то время, когда он особенно нужен, от него не будет должного результата. На настоящих самолетах такое регулирование делает автоматика. Быть может, не так долго осталось ждать так будет и на моделях. В некоторых случаях переход в автоколебательный режим органа управления нужен — при низких скоростях полета самолета. Многие возможно видели, как на МАКС-2001 Беркут С-37 показывал фигуру харриер.

Переднее горизонтальное оперение наряду с этим трудилось в автоколебательном режиме. Гироскоп в канале крена разрешает делать самолет несваливаемым на крыло. Подробнее о работе гироскопа в режиме стабилизации тангажа самолетов возможно почитать в известной монографии И.В.Остославского Аэродинамика самолета.

Заключение

Сейчас показалось большое количество недорогих моделей миниатюрных гироскопов, разрешающих увеличить сферу их применения. низкие цены и Простота инсталляции оправдывают применение гироскопов кроме того на учебных и радиобойцовых моделях. Прочность пьезоэлектрических гироскопов такова, что при аварии скорее испортится приемник либо серво, чем гироскоп.

Вопрос о целесообразности насыщения летающих моделей современной авионикой любой решает сам. На отечественный взор, в спортивных классах самолетов, — по крайней мере, на копиях, гироскопы все-таки со временем разрешат. В противном случае нереально обеспечить реалистичный, похожий на оригинал полет уменьшенной копии из-за различных чисел Рейнольдса.

На хоббийных аппаратах использование неестественной стабилизации разрешает увеличить диапазон погодных условий полетов, и летать в таковой ветер, в то время, когда лишь ручное управление не в состоянии удержать модель.

Игромир

Гироскопы на радиоуправляемых моделях

Рандомные статьи:

Гироскоп на rs модели

Похожие статьи, которые вам понравятся: