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Vorstellung: Projekt NanoCopter - Er fliegt!

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MK-Betatester
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WOW

haben ich muss, gerne auch als Testpilot!
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Der is ja total süß, ich nehme auch zwei.
Genial simpel und schlicht, wenn er auch so gut fliegt!!!
Macht weiter so
Grüße hueyride
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Hi Flberger,
ich muss dich leider total entäuschen.
Das teil ist an sich ein Jumpjet (fertiufo) das ich ein wenig gepimpt habe.
Die selbstgebaute Platine ist nur ne andere Treiberendstufe.....
Die gyros sind murata enc03r, und an deren Filterung hab ich fast ich gemacht.
Trotzdem hab ich 3 Fragen zu eurem teil.
a) sind die Motorhalter aus Gummi?
b) habt ihr selktierte Props genommen, bzw diese in der Blattspur und Unwucht nachbearbeitet,
das kann einiges bringen.
Mechanische Probleme sollte man ja erst mechanisch minimieren bevor.....
c)Wie stark und mit welcher frequenz schwingen eure Ausleger wenn man sie "anschnippt"
Evtl mal die Motoren mit einem Gummiband gegeneinander verspannen und den test wiederholen.
Oder auch ein 2mm hartschaum rahmen fräsen und drunterkleben... (nur testweise)
Die IDG sind ja nicht grade die lieblinge der Ufo bauer, zumindestens der 300er war vom temperaturdrift sehr bescheiden.
Gruß Boris
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Ort: Graz
dukedolphin meinte
Hi Flberger,
ich muss dich leider total entäuschen.
Das teil ist an sich ein Jumpjet (fertiufo) das ich ein wenig gepimpt habe.
Die selbstgebaute Platine ist nur ne andere Treiberendstufe.....
Die gyros sind murata enc03r, und an deren Filterung hab ich fast ich gemacht.
Trotzdem hab ich 3 Fragen zu eurem teil.
a) sind die Motorhalter aus Gummi?
b) habt ihr selktierte Props genommen, bzw diese in der Blattspur und Unwucht nachbearbeitet,
das kann einiges bringen.
Mechanische Probleme sollte man ja erst mechanisch minimieren bevor.....
c)Wie stark und mit welcher frequenz schwingen eure Ausleger wenn man sie "anschnippt"
Evtl mal die Motoren mit einem Gummiband gegeneinander verspannen und den test wiederholen.
Oder auch ein 2mm hartschaum rahmen fräsen und drunterkleben... (nur testweise)
Die IDG sind ja nicht grade die lieblinge der Ufo bauer, zumindestens der 300er war vom temperaturdrift sehr bescheiden.
Gruß Boris


Alles klar, hat auf den ersten Blick so ausgesehn :)

a)
Die Motorhalter sind aus PVC gefräst.

b)
Die Unwucht kommt leider nicht von den Propellern, bzw. nicht nur.
Die Motoren selbst sind Unwucht. Das liegt am Aufbau des Ankers.

Wir haben auch schon mal die Motoren in einen Depronrahmen eingefasst, und die Platine
nur mit Doppelklebeband auf den Depronrahmen montiert. Der Lösungsversuch hat es sogar
noch verschlimmert.

Die Elektronik muss so aufgebaut sein, dass auch derartige Einflüsse kein Problem darstellen.
Ich habe schlichtweg einen Designfehler begangen, weil ich nicht daran gedacht habe. Mir geht
es momentan eigentlich eher darum, herauszufinden wie viel Bandbreite man tatsächlich benötigt.

Für den Acc ist die Bandbreite nicht so das Thema, da dessen Messdaten ohnehin nur zum Abbgleich der
der XY Gyro "integrale" dienen, sprich Winkelabgleich. Hier reicht eine sehr sehr niedrige Bandbreite von
wenigen Hz aus, damit können wir die Vibrationen schon sehr einfach abhalten.

Besonders wichtig sind die Filter für X und Y Gyro, ich hab mich bis jetzt an anderen Projekten orientiert.
Da hat man sich meist auf 40 - 50 Hz Bandbreite gelegt. Ein Filter höherer Ordnung kann trotz größerer
Bandbreite die Vibrationen gut eliminieren - das ist wie Magie wenn man sich das mal am Oszi angeschaut
hat :mrgreen: Sorge macht mir da noch die Gruppenlaufzeit.. das ist auch so ein Thema.

Z Ratengyro wird auch keinen besonderen Anspruch an die Bandbreite haben. Hier werden wahrscheinlich
auch wenige Hz reichen.

c)
Die Ausleger sind sehr steif, man glaubt gar nicht wie massiv so ein dünnes Stück GFK in dieser Größenordnung
sein kann. Da hab ich keine Sorge.

Die IDG500 sind mittlerweile sicher besser als die 300er, haben nun auch eine weit höhere interne Resonanzfrequenz
von rund 25kHz. Der Temperaturdrift macht mir keine Sorgen, erstens gleichen wir mit dem Acc ab und zweitens ist
innerhalb eines Raumes, der primäre Einsatzort für den kleinen Copter, nicht unbedingt mit großen Temperaturschwankungen
zu rechnen.
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hallo,
a) würd ich mal ändern, evtl findest du passende kabeldurchführungstüllen die du testweise nimmst.
b) siehe a)
zitat "die elektronk..." da wäret ihr bislang die einzigen die das bei mems sensoren schaffen...
c) Mein ganzes rumgelabber wegen dem rahmen geht nicht darum das teil steifer zu machen (jaja jürgen gibs mir)
sondern die resonanz zu verschieben. der rahmen ist ja auch nur ein Schwingkreis.
Gerade weil der so steif ist kann das unschöne Schwingungen geben, depron hingegen ist glaube ich etwas wabbelig.
der Hartschaum sollte nur als dämpfendes glied im dem schwingkreis dienen.
Mit der elektronik kann ich dir nicht fundiert weiterhelfen, das Studium ist soo lang her....
Auf alle fälle solltest du bedenken das andere Projekte in anderen grössenordnungen gebaut werden.
GRuß BOris

das mit der hohen resofreq der idg500 macht sie natürlich interesannt für die miniflitzer
edit den dort macht der evtl vorhandene temp drift wie du sagst nix aus.
« Bearbeitet von dukedolphin am 17.12.2009 18:07. »
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Hallo,
Habe mit dem ADXL330 auch schlechte Erfahrungen bei meinem QC Eigenbau gemacht. Da verschob sich der Nullpunkt MERKLICH, wenn man einfach nur die Motoren angelassen hat.
Mit meinem jetzigen MXR9500 (vom Armo Kopter Projekt) oder dem ACC vom Mikrokopter geht das schon viel besser. Der Unterschied ist wirklich wie Tag und Nacht!

Wenn du mal ins Datenblatt vomADXL330 schaust, siehst du, dass die Resonanzfrequenz bei nur 5,5kHz liegt. Das ist zu niedrig und liegt relativ nah an der "Brummfrequenz" der Motoren.

EDIT: Warum bist du eigentlich so ein Filter-Freak? ;) Bei allen bekannten Quadrokopter Projekten benutzt man einen einfachen Tiefpass erster Ordnung als Anti-Aliasing Filter für die anschließende Wandlung.

Gerade bei einer so kleinen Platine würde ich mir noch mal überlegen, was für Filter du einbaust.

Meine MLX90609R2 Gyroskope habe sogar gar keinen externen Filter. Da ist nur der 10nF Filtercap an den internen OPAMP angeschlossen. (Macht laut Datenblatt 80Hz Cut Off Frequency). Schneid bei den Gyros nicht zu viel Bandbreite weg! das macht den Regelkreis sehr viel schwieriger regelbar, habe ich festgestellt (und die externen Tiefpässe (100nF/22k) wieder runtergerupft.

Und der Beschleunigungssensor wird ja schon prinzipbedingt per Software getiefpasst.

Wenn du Lust hast, kannst du dich auch mal per ICQ mit mir in Verbindung setzen. Scheinst dir ja wirklich kompetente Gedanken zu machen! :)
« Bearbeitet von AVR-Simon am 17.12.2009 19:34. »
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AVR-Simon meinte
EDIT: Warum bist du eigentlich so ein Filter-Freak? ;) Bei allen bekannten Quadrokopter Projekten benutzt man einen einfachen Tiefpass erster Ordnung als Anti-Aliasing Filter für die anschließende Wandlung.

Ist leider so nicht wahr... ;)
Mindestens ein Projekt verwendet bessere Filter.

Gruss
- Amir
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Na gut. Aber was heißt besser? Zum Beispiel im Armokopter werden doch auch MLX90609-R2 Gyros verwendet. da ist ein 4th Ordner SC Filter drin eingebaut. Was braucht man denn da noch extern... ;)
Beim UAVP NG muss ich noch mal genauer nachsehen :D

Im übrigen für ein so kleines Modell nur 300Hz Regelfrequenz? Da gibt es aber noch was zu optimieren :D
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Langsam kommen wir ja zum richtigen Thema :mrgreen:

dukedolphin meinte
hallo,
a) würd ich mal ändern, evtl findest du passende kabeldurchführungstüllen die du testweise nimmst.
b) siehe a)
zitat "die elektronk..." da wäret ihr bislang die einzigen die das bei mems sensoren schaffen...
c) Mein ganzes rumgelabber wegen dem rahmen geht nicht darum das teil steifer zu machen (jaja jürgen gibs mir)
sondern die resonanz zu verschieben. der rahmen ist ja auch nur ein Schwingkreis.
Gerade weil der so steif ist kann das unschöne Schwingungen geben, depron hingegen ist glaube ich etwas wabbelig.
der Hartschaum sollte nur als dämpfendes glied im dem schwingkreis dienen.
Mit der elektronik kann ich dir nicht fundiert weiterhelfen, das Studium ist soo lang her....
Auf alle fälle solltest du bedenken das andere Projekte in anderen grössenordnungen gebaut werden.
GRuß BOris

das mit der hohen resofreq der idg500 macht sie natürlich interesannt für die miniflitzer
edit den dort macht der evtl vorhandene temp drift wie du sagst nix aus.



Wir haben mechanisch wirklich schon viel probiert, das ist leider nicht so einfach mit einem veränderten Aufbau zu korrigieren.
Du musst bedenken, dass wir hier einen Kopter haben der wirklich eine sehr geringe Masse hat und gleichzeitig auch sehr straff
gekoppelt ist. Damit meine ich Vibrationen sind einfach auf Grund der kompakten Bauweise nicht sinnvoll von der Seite des Rahmens
in den Griff zu bekommen.

Ich hab vorhin ja die Messwerte reingestellt (SpitzenSpitzen-Wert der Vibrationen in Abhängigkeit der Frequenz, da sieht man auch, dass
es gewisse Frequenzbereiche gibt in dem der Rahmen besonders empfänglich ist, und sich diese Schwingungen auch genauso wunderbar auf das
Nutzsignal des Gyros überlagern. Das sind nicht wenige Millivolt sondern, gleich hundert mV und mehr, entspricht demnach einigen °/s.

Aber das positive ist, wir haben hier Motoren die doch sehr hoch drehen, daher ist doch eine gewisse Separation vorhanden (Motorfrequenz/Nutzfrequenz).
Die Nutzbandbreite sollte wahrscheinlich im Bereich von 40 - 50 Hz liegen, ähnliche Modelle wie der Smartflyer, der Vergleichbar in Sachen Masse und Art der Motoren,
fliegt mit einer Bandbreite dieser Größenordnung. Der Smartflyer ist aber durch die ADXRS300 Gyros begünstigt, da diese schon aktive interne Filterstufe besitzen die
extern konfiguriert wird, zusätzlich hat Hartmut Kaak extern ein zweites aktives Filter beschalten. Daher auch höhere Dämpfung pro Dekade über
dem Passband. Sein Filter ist mindestens 2.er Ordnung. Ohnehin sind die Analog Devices Sensoren von höherer Güte, was Rauschverhalten und Drift angeht...
Aber sie sind nunmal zu groß für diese Art von Aufbau, und außerdem nur als Z-Raten Sensor verfügbar. Ich möchte keine Aufbauten auf der Platine anfangen.
Das sich die IDGs für derartige Anwendungen eignen wurde schon in anderen Projekten gezeigt.



AVR-Simon meinte
Hallo,
Habe mit dem ADXL330 auch schlechte Erfahrungen bei meinem QC Eigenbau gemacht. Da verschob sich der Nullpunkt MERKLICH, wenn man einfach nur die Motoren angelassen hat.
Mit meinem jetzigen MXR9500 (vom Armo Kopter Projekt) oder dem ACC vom Mikrokopter geht das schon viel besser. Der Unterschied ist wirklich wie Tag und Nacht!

Wenn du mal ins Datenblatt vomADXL330 schaust, siehst du, dass die Resonanzfrequenz bei nur 5,5kHz liegt. Das ist zu niedrig und liegt relativ nah an der "Brummfrequenz" der Motoren.

EDIT: Warum bist du eigentlich so ein Filter-Freak? ;) Bei allen bekannten Quadrokopter Projekten benutzt man einen einfachen Tiefpass erster Ordnung als Anti-Aliasing Filter für die anschließende Wandlung.

Gerade bei einer so kleinen Platine würde ich mir noch mal überlegen, was für Filter du einbaust.

Meine MLX90609R2 Gyroskope habe sogar gar keinen externen Filter. Da ist nur der 10nF Filtercap an den internen OPAMP angeschlossen. (Macht laut Datenblatt 80Hz Cut Off Frequency). Schneid bei den Gyros nicht zu viel Bandbreite weg! das macht den Regelkreis sehr viel schwieriger regelbar, habe ich festgestellt (und die externen Tiefpässe (100nF/22k) wieder runtergerupft.

Und der Beschleunigungssensor wird ja schon prinzipbedingt per Software getiefpasst.

Wenn du Lust hast, kannst du dich auch mal per ICQ mit mir in Verbindung setzen. Scheinst dir ja wirklich kompetente Gedanken zu machen! :)



Warum bin ich so ein Filterfreak? Ganz einfach, weil die Signalaufbereitung ganz wesentlich ist. Erstens auf Grund des Abtastheorems... wir sampeln momentan nur mit ca 300Hz,
die höchste Frequenz die vorkommen darf, liegt demnach bei 150Hz. Signale die über dieser Frequenz liegen würden schon mal falsch abgetastet werden.

Zweitens, mit entsprechenden Filtern höherer Ordnung kann man sehr effektiv das Nutzsignal von parasitären Signalen entledigen. Ich hab damals leider, als ich damit begonnen habe
diesen Quadrocopter zu bauen nicht soweit gedacht - und diesen Fehler büse ich nun ein.

Du kannst dir sicher sein, dass ich mir sehr genau überlege wie ich mein Signal aufbereite. Die neue Platine kostet mich ja wieder ein kleines Vermögen ^^ 4Lagen, Impedanzkontrolliert, 100um Leiterbahnen und Mindestabstand, 100um Via Bohrung sowie Restring, Burried Vias auf zwei Lagen. Du kannst es dir denken ;)

Es sind ja mehrere Dinge wichtig, Regelfrequenz, Bandbreite der Filter sowie die Gruppenlaufzeit der Filter. Die Regelfrequenz ist ja auch so ein Thema, momentan bei nur 300Hz - du hast
es auch schon angeschnitten. Helmut Kaak schafft mit seinem sehr simplen Regelkreis gut 1kHz.

Hauptgrund für die Regelfrequenz ist momentan das Funkprotokoll, unsere Kommunikationsroutine frisst fast 2ms pro Zyklus auf. Daher auch der Gedanke auf PSOC 5 umzusteigen:
Das hätte viele Vorteile, mal abgesehen vom schnelleren ARM Kern, haben die PSOCS auch ein so genanntes DFB, Digitaler Filter Block. Das ist eine zweikanalige Digitale Filtereinheit,
die unabhängig von der CPU des uC arbeitet. Damit könnten wir spielend digitale Filter höherer Ordnung realisieren ohne dabei Rechenleistung zu verschwenden. Allerdings nur zwei
Kanäle. Würde aber für X und Y Achse (Gyro) vollkommen ausreichen. Die Z-Rate stellt keine so hohen Anforderungen. Der Acc kann voraufbereitet und im Programm nochmals gemittelt werden. Das wird wahrscheinlich auch die nächste Lösung werden.

Analoge Filter haben einfach zu viele Nachteile, abgesehen von der Vielzahl der Bauteile die nötig sind, kommen noch Verstärkungsfehler,Rauschen etc hinzu. Die Widerstände müssen
präzise sein, damit die Verstärkung sowie die gesamte Charakteristik des Filters passt - 402 Chip Widerstände mit 0,1% Toleranz sind Schweineteuer, und man braucht massig davon!

Switched Capacitor Filter fallen flach, weil es die nicht in derart kompakten Bauformen gibt. Wären aber sonst auch eine sehr schöne Lösung.
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Beiträge: 253
flberger meinte
Die Nutzbandbreite sollte wahrscheinlich im Bereich von 40 - 50 Hz liegen, ähnliche Modelle wie der Smartflyer, der Vergleichbar in Sachen Masse und Art der Motoren, fliegt mit einer Bandbreite dieser Größenordnung.

Gefühlsmäßig würde ich sagen: mehr wäre nicht schlecht. Gerade bei dem kleinen Modell. Da lassen sich ja kurzzeitig relativ hohe Drehraten erzeugen, da kleiner Hebelarm. Wenn du da mal hinkommst. Ich würde das Doppelte ansetzen.


flberger meinte
Der Smartflyer ist aber durch die ADXRS300 Gyros begünstigt, da diese schon aktive interne Filterstufe besitzen die
extern konfiguriert wird, zusätzlich hat Hartmut Kaak extern ein zweites aktives Filter beschalten. Daher auch höhere Dämpfung pro Dekade über dem Passband.


Für ein einfaches Anti Aliasing Filter ist meist gar keine hohe Dämpfung pro Dekade notwendig. Gut, du tastest im Moment noch mit 300 Hz ab, das ist natürlich ein Knackpunkt. Aber wenn du die Filter auf 100Hz auslegst und mit 1kHz abtastest, hast du schon das 10fache an Samplefrequenz. Da sollte auch ein Filter erster Ordnung schon genug Dämpfung aufweisen.
Ansonsten: Selbst die MK Flightctrl hat 2kHz Abtast/Regler-rate. Und damit fliegt man wesentlich größere Objekte.

flberger meinte
Sein Filter ist mindestens 2.er Ordnung. Ohnehin sind die Analog Devices Sensoren von höherer Güte, was Rauschverhalten und Drift angeht...

Auf jeden Fall sind die AnalogDevices Sensoren von hoher Güte. Kosten ja auch relativ viel. Intern aufgebauter Tiefpass ist immer eine feine Sache. Wie gesagt, der MLX90609 Gyro hat intern einen 4. Ordnung SC Filter (mit genügend hoher Schaltfrequenz), dessen Bandbreite man mit einem externen Kondensator konfigurieren kann.


flberger meinte
Aber sie sind nunmal zu groß für diese Art von Aufbau, und außerdem nur als Z-Raten Sensor verfügbar. Ich möchte keine Aufbauten auf der Platine anfangen.
Das sich die IDGs für derartige Anwendungen eignen wurde schon in anderen Projekten gezeigt.

Das mit der Bauform ist sicher ein Problem. Ist es zu 100% ausgeschlossen keine Breakoutboards zu verwenden? Das ist ja quasi-normal in QK Bereich.
Wegen den Gyroskopen würde ich mir auch keine Sorgen machen. Mit Piezo Gyroskopen würde ich nur nicht mehr anfangen, aber das hast du ja auch gar nicht vor.


flberger meinte
Warum bin ich so ein Filterfreak? Ganz einfach, weil die Signalaufbereitung ganz wesentlich ist. Erstens auf Grund des Abtastheorems... wir sampeln momentan nur mit ca 300Hz,
die höchste Frequenz die vorkommen darf, liegt demnach bei 150Hz. Signale die über dieser Frequenz liegen würden schon mal falsch abgetastet werden.

Ja, das ist richtig. Wie oben geschrieben: 2kHz Abtastrate sind eigentlich "normal" in dem Bereich.

flberger meinte
Zweitens, mit entsprechenden Filtern höherer Ordnung kann man sehr effektiv das Nutzsignal von parasitären Signalen entledigen. Ich hab damals leider, als ich damit begonnen habe
diesen Quadrocopter zu bauen nicht soweit gedacht - und diesen Fehler büse ich nun ein.

Ja, kann man. Aber ist das notwendig? Wie gesagt, ich habe das Thema auch schon durch. Ein einfacher Anti Aliasing filter finde ich als vollkommen ausreichend. Da muss man keine großen Geschütze auffahren.

Du solltest aber wirklich dringend einen anderen Beschleunigungssensor nehmen. Frag mal die MK Leute, welche Probleme es mit (Billig-) Gyroskopen gibt, die im 4-6kHz Bereich ihre Resonanzfrequenz haben. Sobald die Motoren an sind, gibt es nur noch Signalsalat. Egal ob mit Entkopplung, ohne, mit Filter... Da gibt es lange Threads. Und der ADXL330 arbeitet auch in dem Bereich. Ich habe mir sofort einen anderen ACC zum Vergleich geholt, mit Resultaten, die eigentlich richtig krass sind. Mit dem ADXL330 war so gut wie nichts mehr zu messen (War auf einem Sparkfun Board, mit 100nF Tiefpass-Caps am Ausgang). Der gemessene Erdbeschleunigungsvektor war in dem Signal fast nicht wieder zu erkennen und der ganze Kopter hing schief.
Ich würde mich mal nach dem LIS344ALH Ausschau halten. Der wird auch beim MK verwendet und ist sehr kompakt.

flberger meinte
Du kannst dir sicher sein, dass ich mir sehr genau überlege wie ich mein Signal aufbereite.

Nach DEN Ausführungen deinerseits bin ich mir da ziemlich sicher ;) Habe bei meinem Layout auch diverse externe Filtermöglichkeiten von der Bestückung her vorgesehen. Bisher aber noch nichts benutzt davon.

flberger meinte
Die neue Platine kostet mich ja wieder ein kleines Vermögen ^^ 4Lagen, Impedanzkontrolliert, 100um Leiterbahnen und Mindestabstand, 100um Via Bohrung sowie Restring, Burried Vias auf zwei Lagen. Du kannst es dir denken ;)

UFF! Du bist ja wahnsinnig. Wofür eigentlich impedanzkontrolliert?

flberger meinte
Es sind ja mehrere Dinge wichtig, Regelfrequenz, Bandbreite der Filter sowie die Gruppenlaufzeit der Filter. Die Regelfrequenz ist ja auch so ein Thema, momentan bei nur 300Hz - du hast
es auch schon angeschnitten. Helmut Kaak schafft mit seinem sehr simplen Regelkreis gut 1kHz.

Klar, es sind richtig viele Parameter von Bedeutung, ehe das Ding überhaupt optimal funktioniert. Nicht ohne Grund sitze ich schon (alleine) seit Anfang des Jahres an meinem Teil. Mittlerweile schon Hardware Version 3. Die erste Version hat es überhaupt nicht weit geschafft ;)
Weil es da so viele Unbekannte gibt, habe ich mir auch viele Sachen bei bekannten Projekten erst mal abgeguckt und dazu zählt auch die Filterung von den Sensorsignalen. Und, was soll man sagen, es muss nicht immer der Filter xter Ordnung sein, für das Meiste reicht auch ein einfacher RC Tiefpass.

flberger meinte
Hauptgrund für die Regelfrequenz ist momentan das Funkprotokoll, unsere Kommunikationsroutine frisst fast 2ms pro Zyklus auf.

Was meinst du damit? Die meisten benutzen wohl eine ganz normale PPM Funke. Die liefert alle 20ms neue Daten ;) Der Filter (+ der Regler ) läuft aber _bedeutend_ schneller.

flberger meinte
Daher auch der Gedanke auf PSOC 5 umzusteigen:
Das hätte viele Vorteile, mal abgesehen vom schnelleren ARM Kern, haben die PSOCS auch ein so genanntes DFB, Digitaler Filter Block. Das ist eine zweikanalige Digitale Filtereinheit,
die unabhängig von der CPU des uC arbeitet. Damit könnten wir spielend digitale Filter höherer Ordnung realisieren ohne dabei Rechenleistung zu verschwenden. Allerdings nur zwei
Kanäle. Würde aber für X und Y Achse (Gyro) vollkommen ausreichen. Die Z-Rate stellt keine so hohen Anforderungen. Der Acc kann voraufbereitet und im Programm nochmals gemittelt werden. Das wird wahrscheinlich auch die nächste Lösung werden.

Hmm.. Also das klingt schon sehr interessant und modern und innovativ. Aber es klingt auch eher nach Spielerei. Der MK benutzt einen einfachen 8 Bit AVR und der kommt eigentlich ganz gut mit den Algorithmen klar.
Gut, ihr benutzt einen Kalmanfilter, vermutlich auch der einfachheit halber in Vektorform, da stehen schon mal eine Menge Multiplikationen und Transponierte oder inverse Matrizen an, die berechnet werden müssen.
Ich will jetzt nicht sagen, dass mehr Rechenpower keinen Sinn hat. Das stimmt nicht, denn man hat viel mehr Freiraum für Berechnungen, die genauer ausgeführt werden können. Für einfaches Fliegen über eine Funke reicht aber schon was wesentlich kleineres als ein dicker ARM mit Digital Filter Block und Filtern höher Ordnung.

flberger meinte
Analoge Filter haben einfach zu viele Nachteile, abgesehen von der Vielzahl der Bauteile die nötig sind, kommen noch Verstärkungsfehler,Rauschen etc hinzu. Die Widerstände müssen
präzise sein, damit die Verstärkung sowie die gesamte Charakteristik des Filters passt - 402 Chip Widerstände mit 0,1% Toleranz sind Schweineteuer, und man braucht massig davon!

Hehe, digitale Filter haben aber auch genug Nachteile :mrgreen: Begrenzte Auflösung zum Beispiel. Ich glaube kaum, dass du für analoge Filter so genaue Widerstände brauchst.
Aber dennoch: Der Hauptgrund gegen analoge Filter ist wohl der hohe Platzverbrauch. Zumal man für Filter höherer Ordnung ja eigentlich immer Operationsverstärker mit reinnimmt.

flberger meinte
Switched Capacitor Filter fallen flach, weil es die nicht in derart kompakten Bauformen gibt. Wären aber sonst auch eine sehr schöne Lösung.

Schade, wär noch ein Vorschlag von mir gewesen, wenn du es denn schon so ausarten lassen willst mit der Filterei :D
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Ort: Graz
AVR-Simon meinte
flberger meinte
Die Nutzbandbreite sollte wahrscheinlich im Bereich von 40 - 50 Hz liegen, ähnliche Modelle wie der Smartflyer, der Vergleichbar in Sachen Masse und Art der Motoren, fliegt mit einer Bandbreite dieser Größenordnung.

Gefühlsmäßig würde ich sagen: mehr wäre nicht schlecht. Gerade bei dem kleinen Modell. Da lassen sich ja kurzzeitig relativ hohe Drehraten erzeugen, da kleiner Hebelarm. Wenn du da mal hinkommst. Ich würde das Doppelte ansetzen.


Das ist ja das Schwierige. Der Grund warum ich die Nutzfrequenz möglichst weit unten ansetze sind die Vibrationen der Motoren.

Einfaches Beispiel, Nutzbandbreite 20Hz, Filter mit -40dB Dämpfung pro Dekade. Wenn ich nun Vibrationen im Bereich von 200Hz habe mit einer Amplitude von 100mV, dann werden
diese Vibrationen mit -40dB vom Filter bedämpft. Mir bleibt also theoretisch 1mV von den 100mV Störsignal übrig.

Würde ich die Nutzbandbreite beim gleichen Filter verdoppeln, also auf 40Hz legen, würde mir ein Signal von 200Hz bedeutend geringer bedämpft werden.

Das ist nun leider ein Zwiespalt, zwischen Bandbreite und Dämpfung, man muss einen Kompromiss eingehen um die Störsignale zu unterdrücken und gleichzeitig noch ausreichend
Bandbreite übrig zu haben.

Das hat nicht mehr primär mit dem Antialiasing zu tun, und ein passives RC Tiefpassfilter 1.Ord. hat ohnehin nur -20dB pro Dekade. Also eine Abschwächung um den Faktor 10 bei
10 facher Frequenz. Da blieben beim oben genannten Beispiel von 20Hz Nutz und 200Hz Stör, noch 10mV vom Störsignal übrig = 5°/s beim IDG500.

AVR-Simon meinte
flberger meinte
Der Smartflyer ist aber durch die ADXRS300 Gyros begünstigt, da diese schon aktive interne Filterstufe besitzen die
extern konfiguriert wird, zusätzlich hat Hartmut Kaak extern ein zweites aktives Filter beschalten. Daher auch höhere Dämpfung pro Dekade über dem Passband.


Für ein einfaches Anti Aliasing Filter ist meist gar keine hohe Dämpfung pro Dekade notwendig. Gut, du tastest im Moment noch mit 300 Hz ab, das ist natürlich ein Knackpunkt. Aber wenn du die Filter auf 100Hz auslegst und mit 1kHz abtastest, hast du schon das 10fache an Samplefrequenz. Da sollte auch ein Filter erster Ordnung schon genug Dämpfung aufweisen.
Ansonsten: Selbst die MK Flightctrl hat 2kHz Abtast/Regler-rate. Und damit fliegt man wesentlich größere Objekte.



Für das Anti Aliasing Filter nicht, aber für die Störsignalunterdrückung => Vibrationen.Da gewinne ich leider aus der höheren Abtastfrequenz auch keinen Vorteil.

AVR-Simon meinte
flberger meinte
Sein Filter ist mindestens 2.er Ordnung. Ohnehin sind die Analog Devices Sensoren von höherer Güte, was Rauschverhalten und Drift angeht...

Auf jeden Fall sind die AnalogDevices Sensoren von hoher Güte. Kosten ja auch relativ viel. Intern aufgebauter Tiefpass ist immer eine feine Sache. Wie gesagt, der MLX90609 Gyro hat intern einen 4. Ordnung SC Filter (mit genügend hoher Schaltfrequenz), dessen Bandbreite man mit einem externen Kondensator konfigurieren kann.


Das ist natürlich eine feine Sachen wenn so ein Gyro bereits über einen SC Filter verfügt. Der hat ordentlich Dämpfung, in der Größenordnung von -80dB pro Dekade.

AVR-Simon meinte
flberger meinte
Aber sie sind nunmal zu groß für diese Art von Aufbau, und außerdem nur als Z-Raten Sensor verfügbar. Ich möchte keine Aufbauten auf der Platine anfangen.
Das sich die IDGs für derartige Anwendungen eignen wurde schon in anderen Projekten gezeigt.

Das mit der Bauform ist sicher ein Problem. Ist es zu 100% ausgeschlossen keine Breakoutboards zu verwenden? Das ist ja quasi-normal in QK Bereich.
Wegen den Gyroskopen würde ich mir auch keine Sorgen machen. Mit Piezo Gyroskopen würde ich nur nicht mehr anfangen, aber das hast du ja auch gar nicht vor.


Ich möchte das nicht wirklich, außerdem würde es den Preis auch erheblich anheben. Die IDG sind wirklich unschlagbar günstig, ab 100Stk unter 4 euro. Es scheitert
ja nicht an den Sensoren, lediglich an Störsignalen - Signalaufbereitung.

AVR-Simon meinte
flberger meinte
Zweitens, mit entsprechenden Filtern höherer Ordnung kann man sehr effektiv das Nutzsignal von parasitären Signalen entledigen. Ich hab damals leider, als ich damit begonnen habe
diesen Quadrocopter zu bauen nicht soweit gedacht - und diesen Fehler büse ich nun ein.

Ja, kann man. Aber ist das notwendig? Wie gesagt, ich habe das Thema auch schon durch. Ein einfacher Anti Aliasing filter finde ich als vollkommen ausreichend. Da muss man keine großen Geschütze auffahren.

Du solltest aber wirklich dringend einen anderen Beschleunigungssensor nehmen. Frag mal die MK Leute, welche Probleme es mit (Billig-) Gyroskopen gibt, die im 4-6kHz Bereich ihre Resonanzfrequenz haben. Sobald die Motoren an sind, gibt es nur noch Signalsalat. Egal ob mit Entkopplung, ohne, mit Filter... Da gibt es lange Threads. Und der ADXL330 arbeitet auch in dem Bereich. Ich habe mir sofort einen anderen ACC zum Vergleich geholt, mit Resultaten, die eigentlich richtig krass sind. Mit dem ADXL330 war so gut wie nichts mehr zu messen (War auf einem Sparkfun Board, mit 100nF Tiefpass-Caps am Ausgang). Der gemessene Erdbeschleunigungsvektor war in dem Signal fast nicht wieder zu erkennen und der ganze Kopter hing schief.
Ich würde mich mal nach dem LIS344ALH Ausschau halten. Der wird auch beim MK verwendet und ist sehr kompakt.


Der Beschleunigungssensor läuft absolut stabil, unabhängig von der Motorfrequenz. Allgemein arbeitet unsere gesamte Signalverarbeitung einwandfrei, aber sie ist momentan zu träge, da es nötig war den Tiefpass 1. Ordnung auf unter 10Hz zu legen, damit wir die Vibrationen ausreichend unterdrücken. Davor haben die Winkel verrückt gespielt sobald die Motoren an waren.

Jetzt sind die Winkel zwar stabil, aber die Bandbreite ist soweit eingeschränkt dass die Regelung dass nicht mehr packt.

EDIT:
Der ADXL330 hat übrigens 5.5kHz interne Resonanzfrequenz, LIS344ALH liegt bei 1,8kHz.

EDIT2:

Noch ein kleiner Nachtrag zu dem Thema: Wenn du das Sparkfun Board mit 100nF Kondensator bestückt hattest, ergibt das mit dem internen 32k Widerstand des ADXL330 einen
49,7Hz Tiefpass erster Ordnung. Das ist schlechtweg zu breitbandig. Nehmen wir mal an du hättest eine Motor-Propeller Kombination die zwischen 3000 - 6000 Umdrehungen den nötigen Schub erzeugt. Du würdest also bei Unwucht mit Vibrationen im Bereich von 50 - 100 Hz zu rechnen haben, und kleine Unwuchten sind immer vorhanden. Je nach Größe der Unwucht,
ergibt sich eine Beschleunigung, die in diesem Fall vom Frequenzbereich weit unter der internen Bandbreite liegt, also vom Sensor selbst nicht wesentlich bedämpft wird (interne Bandbreite
vom ADXL330 liegt im Bereich von etlichen Hundert Hz). Jetzt haben wir dem Sensor ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von etwa 50Hz nachgeschalten (100nF,32k) unsere 50 -
100Hz Vibrationen werden mit -3dB (3000U/min) bis etwa -7dB(6000U/min) bedämpft. Sprich bei der höchsten Vibrationsfrequenz bei vollem Schub, bleiben 45% der Störspannungsamplitude erhalten. Vibrationen können sich unbedämpft also ungefiltert mit etlichen hundert mV niederschlagen. Da ist eine Dämpfung von -7dB, oder noch schlimm bei
50Hz, -3dB nicht aussreichend.

Hätte das gleiche Filter eine Bandbreite von etwa 5Hz (1uF,32k), wäre bei der untersten Vibrationsfrequenz von 50Hz eine Dämpfung von -20dB vorhanden, es blieben 10% des Störsignals übrig. Bei 100Hz wären es dann 5%.

Wenn der Motor in einen doppelt so hohem Drehzahlbereich arbeitet: 6000 - 12000U/min (100 - 200Hz), dann hätten wir im schlechtesten Fall -25dB Dämpfung , bei maximaler
Drehzahl wären wir bei bei -32dB. Wenn die Amplitude der Vibration entsprechend groß ist, hätten wir wahrscheinlich sogar hier noch ein Problem.

Hier sieht man die Problematik eines Tiefpassfilters erster Ordnung wenn man Vibrationen hat die Nahe an der Nutzfrequenz liegen. Der Acc ist aber für uns, zum Abgleich ja nur dann
interessant wenn er keine lineare Beschleunigung erfährt, bzw. wenn er nur dem Erdbeschleunigungsfeld unterliegt. Wir interessieren und praktisch nur für den Gleichanteil. Daher können
wir die Bandbreite sehr weit runter schrauben... auf wenige Hz.

Zum Thema Beschleunigungssensorbandbreite:
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Quelle: http://www.invensense.com/shared/pdf/Selection-and-integration-of-MEMS-based-motion-processing-in-consumer-apps-070809-EE-Times.pdf




MEMS Gyroskope sind generell empfindlicher was Vibrationen betrifft, besondere Probleme hatten die LISY300 und co von ST.

AVR-Simon meinte
flberger meinte
Die neue Platine kostet mich ja wieder ein kleines Vermögen ^^ 4Lagen, Impedanzkontrolliert, 100um Leiterbahnen und Mindestabstand, 100um Via Bohrung sowie Restring, Burried Vias auf zwei Lagen. Du kannst es dir denken ;)

UFF! Du bist ja wahnsinnig. Wofür eigentlich impedanzkontrolliert?


Es ist auf der Platine ein HF Teil vorhanden, die "Umgebung" des Anpassungskreises vom CY7936, und die Zuleitung zur Chipantenne ist Impedanzkontrolliert. (50Ohm Stripline)

AVR-Simon meinte
flberger meinte
Hauptgrund für die Regelfrequenz ist momentan das Funkprotokoll, unsere Kommunikationsroutine frisst fast 2ms pro Zyklus auf.

Was meinst du damit? Die meisten benutzen wohl eine ganz normale PPM Funke. Die liefert alle 20ms neue Daten ;) Der Filter (+ der Regler ) läuft aber _bedeutend_ schneller.


Nunja es gibt leider einen Zeitraum in dem wir uns nur dem CY7936 widmen können und dürfen. Das ist leider nicht so, dass wir nen Interrupt bekommen und dann ist das neue
Datenpaket da. Es sind ein paar andere Dinge nötig. Bis jetzt konnten wir das nicht effizienter lösen.



AVR-Simon meinte
flberger meinte
Analoge Filter haben einfach zu viele Nachteile, abgesehen von der Vielzahl der Bauteile die nötig sind, kommen noch Verstärkungsfehler,Rauschen etc hinzu. Die Widerstände müssen
präzise sein, damit die Verstärkung sowie die gesamte Charakteristik des Filters passt - 402 Chip Widerstände mit 0,1% Toleranz sind Schweineteuer, und man braucht massig davon!

Hehe, digitale Filter haben aber auch genug Nachteile :mrgreen: Begrenzte Auflösung zum Beispiel. Ich glaube kaum, dass du für analoge Filter so genaue Widerstände brauchst.
Aber dennoch: Der Hauptgrund gegen analoge Filter ist wohl der hohe Platzverbrauch. Zumal man für Filter höherer Ordnung ja eigentlich immer Operationsverstärker mit reinnimmt.


Ja, das kompensiert aber das digitale Filterblock recht gut, bei entsprechend hoher Samplefrequenz und 16Bit ADC...

Für ein aktives Butterworth Sallen-Key Tiefpassfilter 4.er Ordnung mit MFB fallen 2 OPVs an, sowie 4 Kondensatoren und 6 Widerstände. Die Widerstände sollten sehr genau passen, wenn du nicht willst dass sich die Verstärkung durch Toleranzen grob ändert. Ich hab mir diese ganzen Geschichten schon mit FilterWiz durchgeschaut.. hab schon etliche Monte Carlo Analysen hinter mir :D
« Bearbeitet von flberger am 18.12.2009 15:01. »
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Erinnert mich von der Größe her an Die Mini-Heli-Familie Smartflyer von Hartmut Kaak
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flberger meinte
... , Wenn der Motor in einen doppelt so hohem Drehzahlbereich arbeitet: 6000 - 12000U/min (100 - 200Hz), dann hätten wir im schlechtesten Fall -25dB Dämpfung , bei maximaler
Drehzahl wären wir bei bei -32dB. Wenn die Amplitude der Vibration entsprechend groß ist, hätten wir wahrscheinlich sogar hier noch ein Problem.

aber;
wir haben nicht nur einen Motor.
nun gibt es ja bei 4motoren, die ja nie syncron laufen, ja noch zusätzliche schwebungen und Interferenzen.


;)
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JUERGEN_ meinte
flberger meinte
... , Wenn der Motor in einen doppelt so hohem Drehzahlbereich arbeitet: 6000 - 12000U/min (100 - 200Hz), dann hätten wir im schlechtesten Fall -25dB Dämpfung , bei maximaler
Drehzahl wären wir bei bei -32dB. Wenn die Amplitude der Vibration entsprechend groß ist, hätten wir wahrscheinlich sogar hier noch ein Problem.

aber;
wir haben nicht nur einen Motor.
nun gibt es ja bei 4motoren, die ja nie syncron laufen, ja noch zusätzliche schwebungen und Interferenzen.


;)



Ganz richtig! Wir haben natürlich vier Motoren und es kann zu Schwebungen kommen. Nur eine Schwebung ist in ihren Frequenzanteilen nicht niederfrequenter als irgend eines der Signale das durch Überlagerung der anderen zur Schwebung führt. Ich hoff du das klingt jetzt nicht all zu wirr.

Wass ich meine, wenn du ein 100Hz Signal mit einem 150Hz Signal überlagerst, wirst du kein Signal erhalten dass in seiner Grundfrequenz niederfrequenter als 100Hz ist. Was sich bei einer Schwebung durchaus ändern kann ist die Amplitude. Du denkst wahrscheinlich an die Schwebungsfrequenz, die betrifft aber nur die Amplitude der überlagerten Signale, bzw. die Amplitude des resultierenden Signals. Was natürlich auch ein Problem sein kann wenn das AA-Filter zu wenig Dämpfung im zu sperrenden Band aufweist.

Aber wenn du ein entsprechendes Filter mit z.B. mehr als -80dB Dämpfung im zu sperrenden Frequenzbereich verwendest, wirst du auch kein Problem bekommen wenn vier vibrierende Motoren konstruktiv interferieren. Das würde im wirklich Schlimmsten Fall einer vervierfachung der Amplitude entsprechen.

Wenn sich vier Signale mit je 100mV Amplitude konstruktiv Überlagern, ergibt das eine maximale Amplitude von 400mV. Liegen diese
Frequenzmäßig in oder über meinem -80dB "Stopband" , bleiben davon max 0,04mV übrig.... sollte dir dann also keine Sorgen machen ;)

Schwebungen kommen durch Interferenz, Überlagerung --> Superposition zu stande. Interferenzen führen zu Schwebungen... ;)
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Xtreme-RC meinte
Erinnert mich von der Größe her an Die Mini-Heli-Familie Smartflyer von Hartmut Kaak


Danke Xtreme-RC, ich hab Hartmut hier im Thread auch schon erwähnt. Ich orientiere mich mitunter Bandbreitenmäßig an seiner Elektronik.

Unser kleines Modell ist bei größerer Akkukapazität leichter als Hartmut's Smartflyer, und wir sind noch nen Tick kleiner :)
« Bearbeitet von flberger am 22.12.2009 00:35. »
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flberger meinte
Unser kleines Modell ist bei größerer Akkukapazität leichter als Hartmut's Smartflyer, und wir sind noch nen Tick kleiner :)


Kann es sein das seiner dafür Fliegt? :mrgreen:

Das war Ironisch gemeint. ;)

Tolle Leistung, weiter so.
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Ich erinnere mich noch daran, dass die X-Twin Antriebe sehr ineffizient sind. Irgendwo im RCLine Forum hatte "Helmut Schenk" mal eine Energie-Bilanz aufgestellt. Irgendjemand hatte auch mal die Propeller schmaler gemacht und damit die Flugdauer erheblich verlängern können.

Für weiter Verbesserungen wäre es sicherlich interessant, den Antrieb mal zu überdenken. Da ist mit einiger Sicherheit eine nennenswert bessere Energieausbeute zu erreichen.
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Quax meinte
Ich erinnere mich noch daran, dass die X-Twin Antriebe sehr ineffizient sind. Irgendwo im RCLine Forum hatte "Helmut Schenk" mal eine Energie-Bilanz aufgestellt. Irgendjemand hatte auch mal die Propeller schmaler gemacht und damit die Flugdauer erheblich verlängern können.

Für weiter Verbesserungen wäre es sicherlich interessant, den Antrieb mal zu überdenken. Da ist mit einiger Sicherheit eine nennenswert bessere Energieausbeute zu erreichen.


Sehr gut möglich, ich hab leider keinen Vergleich zu anderen Motor+Propeller Kombinationen in dieser Größenordnung. Falls du Alternativen kennst, kannst du dich gerne melden :mrgreen:

Wir haben auch mal den Schub gemessen und dazu gehörig die aufgenommene Leistung ermittelt:
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Loewe meinte
flberger meinte
Unser kleines Modell ist bei größerer Akkukapazität leichter als Hartmut's Smartflyer, und wir sind noch nen Tick kleiner :)


Kann es sein das seiner dafür Fliegt? :mrgreen:

Das war Ironisch gemeint. ;)

Tolle Leistung, weiter so.


Hehe, naja von Leistung können wir ja jetzt noch net wirklich sprechen. Bis jetzt ist es ne nette Idee und ein hübscher Prototyp.
Aber so lange es nicht fliegt... :)

Aber wir sind dahinter, und wollen es natürlich soweit schaffen. Es ist natürlich in unserem Fall nicht ganz so einfach Fehler zu
korrigieren. Zu 99% muss bei einem Fehler im "Design" immer gleich eine neue Platine her, und das ist natürlich richtig teuer.
Daher sind wir sehr darauf bedacht, so fehlerfrei wie möglich zu arbeiten ^^ Aber wie man sieht, dem ersten Prototyp fehlt es
noch an einer vernünftigen Filterlösung, dass haben wir damals auf Grund mangelnder Erfahrung einfach nicht soweit bedacht.
Der Tiefpass der drauf ist, reicht nunmal leider nicht... aber so lernt man nunmal.
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Große Klasse Jungs, Respekt. Wenn die Kleinserie fertig ist, da kauf ich euch auch sofort einen ab.

Ich möchte euch auch absolut zum digitalen Filter raten. Es eröffnet Freiraum zum Experimentieren am Objekt.
Jedes unvorhergesehene Problem in der analogen Schiene wird ja immer Geld und Nerven kosten :(

Btw, habt ihr schon mal ein Fpga zur Steuerung und Regelung in Betracht gezogen?

Gruß - Matze
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Leider finde ich die Beiträge nicht mehr, ist alles schon Jahre her. Fürs Fliegen hat es immer gereicht, die Props auszuwuchten, um Lebensdauer und Sound zu optimieren.

Ich würde auf jeden Fall mal einen Prop opfern, nach und nach jeweils einen halben Millimeter schmaler machen und ausmessen.
Aber nicht kürzen.
Evtl. ist es auch sinnig, einen weiteren Prop dabei nach außen schmaler werden zu lassen. Die Löffelform soll ja auch nicht das Optimum darstellen.

Zu einem möglichen Leistungsgewinn kommt ein weiterer, vielleicht sogar wichtigerer, Vorteil hinzu: Die leichteren Propeller bieten weniger Trägheitsmoment und beschleunigen die Reaktion auf Regelwerte. Die Motoren haben einen Glockenanker und haben daher schon ein geringes Trägheitsmoment.
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Samuraiburger meinte
Große Klasse Jungs, Respekt. Wenn die Kleinserie fertig ist, da kauf ich euch auch sofort einen ab.

Ich möchte euch auch absolut zum digitalen Filter raten. Es eröffnet Freiraum zum Experimentieren am Objekt.
Jedes unvorhergesehene Problem in der analogen Schiene wird ja immer Geld und Nerven kosten :(

Btw, habt ihr schon mal ein Fpga zur Steuerung und Regelung in Betracht gezogen?

Gruß - Matze



Natürlich wäre uns ein digitales Filter lieber, jedoch ist das eine Frage der Rechenleistung bzw. des Filterblocks des PSOC5.
Wir werden das erst hinreichend erproben. Wenn wir Tests und Messungen gemacht haben werden wir wissen, was die sinnvollere
Lösung ist.

Möglicherweise sind in Kürze neue Sensoren von Invensense verfügbar - mit interner 16Bit ADC, besserem Rauschverhalten als ADXRS620,
sowie internem LPF und SPI Schnittstelle.

FPGAs wären sicher interessant, aber leider sind unsere VHDL Kenntnisse dafür noch zu rudimentär.
Mitglied
Registriert seit: Jul 2009
Beiträge: 449
Jungs wird Zeit das Ihr den mal zum richtig fliegen bekommt... ;)
Draussen ist das Wetter echt nicht Koptertauglich!!! :)
ICH MÖCHTE AUCH EINEN HABEN!!! :)
Nachts das Ding auf den Nachttisch und wenn ich net schlafen kann schnell ne Runde ums Bett drehen und danach weiter schlafen! :) ;)

Gruss Sven
Mitglied
Registriert seit: Aug 2009
Beiträge: 50
Ich denk da auch nicht anders :D
So einen kleinen zu haben wäre ein MUSS wenn ihr ihn verkauft.

Sagt mal, in welcher Preisregion bewegt ihr euch denn momentan für einen der aktuellen Bauweise? Also die Materialkosten für den aktuellen Stand. Würd mich echt mal interessieren wie die Kosten so im Vergleich zu einem großen sind.

Gruß dskw
Mitglied
Registriert seit: Aug 2007
Beiträge: 708
genial!
falls ihr den empfaenger dsm2 tauglich bekommt haette ich interesse am betatest oder spaeteren kauf ;)

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