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MikroKopter mit redundanter FC

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Entwickler, Admin
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Hallo,

in einigen Ländern sind Kopter seit neuestem nur mit redundantem Aufbau zugelassen.
Redundanz bedeutet, dass wichtige Komponenten ersetzbar sein müssen und der MK bei Ausfall einer (einzelnen) Komponente (z.B. Motor, Empfänger, FlightControl usw.) nicht abstürzen darf.

Bislang konnte man den Kopter nur mit redundanten Antrieben und Stromversorgung aufbauen.
Bei (Total-)Ausfall der FlightControl oder des I2C-Busses führtet das aber trotzdem noch zum Absturz.

Wir haben jetzt ein Konzept entwickelt und getestet, das auch einen Aufbau mit redundanter FC und Datenbus zu den BL-Reglern erlaubt.

Normaler Aufbau:
User image User image


Redundanter Aufbau:
User image User image

Schaltplan:
User image

Funktionsprinzip:
- Eine zweite FC wird 'von hinten' an die serielle Schnittstelle der BL V3-Regler angeschlossen.
- Der neue Bus ist an jedem Regler per Widerstand oder Diode entkoppelt, sodass ein einzelner Regler diesen Bus nicht lahm legen kann.
- Im Flug schickt die Backup-FC laufend Daten an die BL-Regler
- Die BL-Regler melden an die Haupt-FC, dass sie zusätzliche Daten bekommen. Im HoTT-Display wird das dann angezeigt.
- Wenn die BL-Regler eine Störung auf dem I2C-Bus haben, oder keine Daten von der Haupt-FC bekommen, schalten sie sofort auf die Daten der zweiten FC um
- Das Umschalten funktioniert so reibungslos, dass der MK dabei nicht ins Schwanken kommt
- Das funktioniert auch, wenn die Haupt-FC im Flug einen Reset macht
- Im Grunde kann man die zweite FC auch mit NC und GPS ausrüsten

Zum Test (oder als Feature) kann man per Sender den I2C-Bus per Schalter aus- und anschalten und damit auf die redundante FC umschalten.
Weil das aber in der Demonstration nicht drastisch genug ist, habe ich als Härtetest mittels Servo den Stecker zur FC gezogen.

Video:
User image

Anleitung:
http://www.mikrokopter.de/ucwiki/Redundant

Gruss,
Holger

Nachtrag Mai 2014:
Die ersten MikroKopter sind erfolgreich von der AustroControl, zugelassen worden:
externer Link:
User image


Damit ist MikroKopter der erste Anbieter, der neben der "B" und "C" auch die "D" Kategorie erfüllen kann!

Update Februar 2016

Die neue FlightControl V3.0 (mit integrierter NC) ist speziell für den redundanten Betrieb ausgelegt.
User image
Can-Bus
Master und Slave kommunizieren per CAN-Bus. So hat man nun auch auf der Sender-Telemetrie den Status der Slave-FC.
Ausserdem kann man den Status und die Versionsanzeige des Slaves im Koptertool sehen.
Es ist ausserdem vorgesehen, dass man weitere Teilnehmer mit an den Bus anschliesst.
Wenn also mal jemand 3-fach-Redundanz der Fluglageregelung fordert, kann man eine dritte FC anschliessen.

Failsafe
Der Master schickt dem Slave einige Statusdaten und auch die Failsafe-Positionen.
Bei einem Wegpunkteflug stuert der Slave also im Falle eines Problems die programmierte Failsafe-Position an.

BL-Datenbus
Der redundante Datenbus zu den BL-Reglern ist nun bereits in der Platine integriert.
Man muss nicht erst den seriellen Stecker abziehen, wenn man den Slave konfigurieren will.

GPS
Man braucht nur noch ein GPS-Modul.
Das neue GPS-Modul hat nun zwei Anschlüsse für Master und Slave.
Es sind zwei getrennte Kompassmodule verbaut.
« Bearbeitet von HolgerB am 16.02.2016 18:42. »
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Top!
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Top Holger!

Lg
Andreas
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Prima gemacht.
In Sachen Betriebssicherheit ist der MK nicht zu toppen.
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coole sache!
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Respekt! Da wart ihr aber richtig kreativ! (ich weiß, dass seid ihr immer ;-) )
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Sehr gut!!! Respekt!
Man muss natürlich auch sagen, dass PH, Rückflug etc. nur mit der Haupt-FC und deren Navi/GPS funktioniert, d.h. ohne Störung/Ausfall!
Ich kenne nicht die Anforderungen an ein Redundantes System. Wenn das ausreicht, GutGut!
Wenn nicht, muss halt noch eine Navi&GPS dran.
(Das Gemini von Zero Tech hat auch 2 GPS + Kompass)
« Bearbeitet von solutionxxl am 18.02.2014 23:14. »
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Nur so aus Interesse, warum trillern die Motoren nach dem Umschalten auf die redundante FC ?
Liegt es daran, dass die seriellen Schnittstellen nicht so schnell sind wie der I2C Bus ?
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hallo,

danke holger für die infos.
du bist mit der entwicklung ja wieder wesentlich schneller als unser gesetzgeber in oe :mrgreen:

fragen:
1) sind die beiden lipos redundant entkoppelt ? wenn ja, wie ?
2) funktioniert das nur mit v3.0 regler bzw. fc 2.5 ?
3) mehrgewicht ? (ohne 2nd lipo)

mfg alfred
« Bearbeitet von ABH am 18.02.2014 23:23. »
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Magomora meinte
Nur so aus Interesse, warum trillern die Motoren nach dem Umschalten auf die redundante FC ?
Liegt es daran, dass die seriellen Schnittstellen nicht so schnell sind wie der I2C Bus ?

Nein, das liegt in diesem Fall daran, dass die FC auf dem Lipohalter montiert war und dadurch zu weich am Rahmen angekoppelt war.
Der Lipohalter kommt ins Schingen.
Wenn die FC mit den richtigen Schwingungsdämpfern an den Rahmen gekoppelt wird, ist das weg.
Vorher hatte ich die FC einfach mit in dem Turm. Am Flugverhalten merkt man dann nichts.

Zitat
funktioniert das nur mit v3.0 regler bzw. fc 2.5 ?

Das geht nur mit BL V3, aber auch mit einer alten FC 2.1.

Zitat
sind die beiden lipos redundant entkoppelt ? wenn ja, wie ?

Die Frage ist, ob die gegenseitig entkoppelt werden müssen, oder ob es reicht, die parallel zu schalten.
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Danke... und das (war) ist Spitze!

Wieder einmal zeigt es uns, das Holger & Ingo, als auch das Team dahinter, am Zahn der Zeit dreht und die Uhr für uns somit immer etwas vor läuft! ;)
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Sauber Jungs!!!
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HolgerB meinte
Magomora meinte
Nur so aus Interesse, warum trillern die Motoren nach dem Umschalten auf die redundante FC ?
Liegt es daran, dass die seriellen Schnittstellen nicht so schnell sind wie der I2C Bus ?

Nein, das liegt in diesem Fall daran, dass die FC auf dem Lipohalter montiert war und dadurch zu weich am Rahmen angekoppelt war.
Der Lipohalter kommt ins Schingen.
Wenn die FC mit den richtigen Schwingungsdämpfern an den Rahmen gekoppelt wird, ist das weg.
Vorher hatte ich die FC einfach mit in dem Turm. Am Flugverhalten merkt man dann nichts.


Dafür das die FC nicht sauber entkoppelt war, hat er sich aber noch gut gehalten. 8)
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Einfach grosse klasse! Safety First!
Und die Polizei kauft quadros für 30-80'000€ die bei einem Propeller/Motor/ESC Ausfall runter gehen wie ein stein:-(
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Hi Holger, would you please build a wiki page on how to connect two FC to the BL3.0?

Would it be possible to use also a second receiver onboard with a switch commanded automatically by FC in order to go from receiver 1 to receiver 2 in case of TX-RX failure?
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Ort: Tirol
der 18.2.2014 wird in österreich ein neuer nationalfeiertag

danke mikrokopter
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Moin, mal ne Frage zur Redundanz, woher weiss der IC2 Bus das der eine FC einfalsches Signal liefert?

z.b. einer der Lagesensoren oder Höhensensor liefert ein flasches Singal. Wir irgendwo ziwschen den beiden verglichen? Wir hatten z.b. mal einen Höhensensor der spinnte, ging in der einen Sekunde 20m bergab. Ausgeschaltet eingeschalte, wieder ok. Dann auf einmal senkrecht in den Himmel.

Besteht die Möglichkeit, wenigstens "Manuell" ziwschen den beiden FCs zu zwitschen?

Wird das auch mit dem FC 2.1 mit neuen ACC gehen?

Danke
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Sorry, dass ich mich jetzt als "Spielverderber" outen werde...
So wie thorsten_a schon angesprochen hat, ist die Sache nicht so einfach. Normales umswitchen der FC ist ja prinzipielle ein alter Hut und geht zb mit DJI schon lange.
Problem ist, dass auftretende Fehler oder Fehlfunktionen erkannt werden müssen, und dann auf das Backup umgeschaltet werden muss. Fliegerisch darf man davon nichts merken, und die Fehlfunktion muss darum dem Piloten mittels Telemetrie angezeigt werden. Was passiert zB, wenn ein Gyro davonläuft? Wie wird das detektiert? Die Lösung von MK hat nach meinen Verständnis da keine Auswirkung.
Die Auflage ist, dass alles eine Fehlfunktion haben kann, aber der Flug davon nicht beeinträchtigt wird. Die Schwierigkeit aus meiner laienhaften Sicht besteht darin, wenn der MK zb nach rechts wegtriftet (aufgrund einer Fehlfunktion) muss das detektiert werden. Aber wie soll das gehen, es könnte ja auch eine Steuereingabe sein. Diese Lösung ist aus meiner Sicht nicht Zulassungsfähig, vor allem, weil es bei der "Konkurenz" ja schonzuvor möglich war, aber aus genannten Gründen nicht zulassungsfähig ist.
Was auch noch fehlt. Es muss ein zweiter redundanter RX gleichzeitig an der zeiten FC gebunden sein.
Ebenso wird ein zweiter unabhängiger Telemetriekanal verlangt. Ja, aber bitte diskutiert jetzt nicht über die Sinnhaftigkeit des ganzen. Fällt zb die Telemetrie aus, lande ich sowieso und fliege den Lipo nicht mehr leer.

Sorry, war ein schöner Versuch, bringt aber nix *schluchz*
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Hallo !
Da muss ich Dir "leider" zustimmen.
Alles was hier diskutiert wird, hat mit Redundanz Nichts zu tun.
Ich fürchte, dass echte Redundanz mit der momentanen Technik mit leistbaren Mitteln nicht machbar ist.
Weiters müsste endlich mal von den entsprechenden Stellen genau definiert werden, was aus deren Sicht unter Redundanz zu verstehen ist.
"Darf nicht runter fallen" ist keine Definiton.
Auch auf den Folien der Austrocontrol ist Nichts zu sehen was dieses Thema definiert.
Leider gibt es von den Herstellern der Controller keine MTBF Rechnugen über ihre Systeme.
Hätten wir diese, so könnten wir nachweisen, dass die Systeme in sich so ausfallssicher sind, dass keine Redundanz notwendig ist.
Nicht einmal in so gefährlichen Maschinen wie Bagger oder grossen Holzzerkleinerern gibt es Rudundanz.
Hier muss nur über eine Rechnung nachgewisen werden, dass die Sicherheit den vorgeschriebenen Stufen genügt.
Ein absolut ausfallsicheres System gibt es nicht.



wauki meinte
Sorry, dass ich mich jetzt als "Spielverderber" outen werde...
So wie thorsten_a schon angesprochen hat, ist die Sache nicht so einfach. Normales umswitchen der FC ist ja prinzipielle ein alter Hut und geht zb mit DJI schon lange.
Problem ist, dass auftretende Fehler oder Fehlfunktionen erkannt werden müssen, und dann auf das Backup umgeschaltet werden muss. Fliegerisch darf man davon nichts merken, und die Fehlfunktion muss darum dem Piloten mittels Telemetrie angezeigt werden. Was passiert zB, wenn ein Gyro davonläuft? Wie wird das detektiert? Die Lösung von MK hat nach meinen Verständnis da keine Auswirkung.
Die Auflage ist, dass alles eine Fehlfunktion haben kann, aber der Flug davon nicht beeinträchtigt wird. Die Schwierigkeit aus meiner laienhaften Sicht besteht darin, wenn der MK zb nach rechts wegtriftet (aufgrund einer Fehlfunktion) muss das detektiert werden. Aber wie soll das gehen, es könnte ja auch eine Steuereingabe sein. Diese Lösung ist aus meiner Sicht nicht Zulassungsfähig, vor allem, weil es bei der "Konkurenz" ja schonzuvor möglich war, aber aus genannten Gründen nicht zulassungsfähig ist.
Was auch noch fehlt. Es muss ein zweiter redundanter RX gleichzeitig an der zeiten FC gebunden sein.
Ebenso wird ein zweiter unabhängiger Telemetriekanal verlangt. Ja, aber bitte diskutiert jetzt nicht über die Sinnhaftigkeit des ganzen. Fällt zb die Telemetrie aus, lande ich sowieso und fliege den Lipo nicht mehr leer.

Sorry, war ein schöner Versuch, bringt aber nix *schluchz*
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Beiträge: 13
Ich habe ja nur den Vortrag von Hr. Lippitsch online gesehen, aber laut ihm, darf eine Ausfall einer Einzelkomponente nciht zum Absturz führen.
Es steht ncihts davon, dass man fliegerisch nichts merken darf. Von einem 2. Telemetriekanal wurde auch nichts gesagt. Der Kopter stürzt ja nciht ab,
wenn der Telemetriekanal nicht funktioniert.
Aber vielleicht weißt du ja schon mehr.
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Nicht vergessen: Diese Redundanz deckt nur den Ausfall 'einer' Komponente ab.

1. Sensorausfall:
wauki meinte
Was passiert zB, wenn ein Gyro davonläuft? Wie wird das detektiert?

Es wäre denkbar, dass die erste FC die Steuerung an die zweite FC übergibt, wenn sie einen Sensorausfall erkennt.
In der Regel gehen die Sensoren beim Ausfall in die Begrenzung und die FC müsste das dann erkennen.
Ansonsten muss der Pilot manuell umschalten.

2. Redundante Telemetrie:
wauki meinte
Ebenso wird ein zweiter unabhängiger Telemetriekanal verlangt.

Nein, da hast Du die Anforderungen nicht genau gelesen.
Das ist nicht Pflicht, weil die Telemetrie nicht für den sicheren Betrieb notwendig ist.

3. Empfänger:
wauki meinte
Was auch noch fehlt. Es muss ein zweiter redundanter RX gleichzeitig an der zeiten FC gebunden sein.

Der Ausfall des Empfangssignals bzw. Empfängers ist ja schon durch CH und Autolanden abgedeckt.
Es spricht auch nichts dagegen, an der redundanten FC einen eigenen Empfänger anzuschliessen - aber das wird nicht nötig sein.

Gruss,
Holger
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Besteht die Möglichkeit, wenigstens "Manuell" ziwschen den beiden FCs zu zwitschen?
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wauki meinte
Was passiert zB, wenn ein Gyro davonläuft? Wie wird das detektiert? Die Lösung von MK hat nach meinen Verständnis da keine Auswirkung.
Die Auflage ist, dass alles eine Fehlfunktion haben kann, aber der Flug davon nicht beeinträchtigt wird. Die Schwierigkeit aus meiner laienhaften Sicht besteht darin, wenn der MK zb nach rechts wegtriftet (aufgrund einer Fehlfunktion) muss das detektiert werden. Aber wie soll das gehen, es könnte ja auch eine Steuereingabe sein.


Ganz konservativ und klassisch würde man sowas wahrscheinlich mit TMR (Tripple Modular Redundancy machen). Heißt man hat 3 FCs mit Sensoren die alle das Selbe berechnen und hinten dran hat man einen Voter der entscheidet welches die validen Daten sind. In der Theorie ist sowas recht einfach, aber die praktische Realisierung sieht häufig anders aus. Denn z.B. wie bekommt man hin das der Voter nicht der Single Point of Failure ist? ;)
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Irgendwo muss man ja mal anfangen.
Und das was hier gezeigt wird ist doch schon mal ein guter Anfang.
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Holger, ich gebe dir in allen Punkten Recht!
Jetzt musst du das nur mehr der ACG klar machen... :-)

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