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dieter w

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1

Donnerstag, 9. April 2015, 08:03

Swarming für Flächenflieger – was geht?

Nachdem ich im Bereich Quadrokopter gelesen habe, dass es möglich sei, mit einem Sender mehrere Kopter zu steuern, die immer einen bestimmten Abstand zueinander einhalten, interessiert mich, ob ähnliches auch bei Flächenfliegern möglich ist.

Vermutlich sind bei der Fläche die Anforderungen höher, da die Ortsdaten nicht ausreichen werden, um alle Achsen zu steuern. Sind entsprechende Versuche bekannt, macht das bereits jemand erfolgreich, oder haltet ihr das noch für zu komplex?

:) Dieter

(Hoffentlich ist dies die richtige Rubrik, ansonsten bitte verschieben.)
Wasserflieger sind geil! :nuts:

Horgul123

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2

Donnerstag, 9. April 2015, 08:13

Ich denke, da sind die Ansprüche an die Technik wesentlich höher. Gehört hab ich davon noch nicht....
Bye,
Oliver

Modelle: E-Segler, Nuris, Warbirds, E-Flieger, Quadcopter, Para-RC
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franz_zier

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3

Donnerstag, 9. April 2015, 11:38

Geht nur wenn man sehr stark und unabhängig schielen kann :dumm: :nuts: . Ein Auge pro Flieger muss reichen! :prost:

Franz

4

Donnerstag, 9. April 2015, 21:08

Da meint man alle möglichen und unmöglichen Fragen sind bereits gestellt worden und dann sowas. :)



Heinz

Gast01032020

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5

Donnerstag, 9. April 2015, 22:30

»Gast01032020« hat folgendes Bild angehängt:
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haschenk

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6

Freitag, 10. April 2015, 01:33

Hallo Dieter,

ich vermute mal, daß du dich auf die faszinierenden Videos von der ETHZ ( Prof. d'Andrea ) beziehst, die den Eindruck von "echter" Schwarmintelligenz erwecken. Das ist aber nicht der Fall (ohne die Leistungen in irgendeiner Weise schmälern zu wollen).
Die Bewegungen der Copter werden im Labor von einem aufwendigen Videosystem + Großrecher überwacht und koordiniert/gesteuert, und die "Eigenintelligenz" der Copter ("Low Level Control") geht nicht wesentlich über das Bekannte hinaus.

Im Freien ist sowas -soweit ich weiß- noch nicht in größerem Umfang realisiert worden. In den USA wird aber intensiv auf diesem Gebiet geforscht, u.a. auch mit Quadrocoptern; und da geht's dann um wirkliche "autonome" Schwarmintelligenz mit Hilfe von bordseitiger Sensorik und der Gesetze der Schwarmintelligenz. Dazu habe ich auch schon Berichte und Videos gesehen; leider weiß ich nicht mehr, an welchen Hochschulen das war; im Moment fällt mir dazu nur Berkeley (Prof. Claire Tomlin) ein.

Ich denke, daß deine Frage hier an die falsche Adresse gestellt ist; das ist eine hochkomplexe Sache, die weit über die Möglichkeiten "normaler" Modellflieger hinausgeht. Sicher gibt's dazu jede Menge Fachliteratur (Zeitschriften, Symposiumsberichte usw.). Grundsätzlich halte ich derartige Versuche auch mit "fixed wings" für machbar, da die zugrunde liegenden Gesetze (Flugmechanik, Regelungstechnik, Schwarmforschung...) ja weitgehend bekannt sind.

Wenn du mehr dazu wissen willst, dann würde ich dir zu einer Recherche mit Google (insbesondere "Google Scholar") raten. Man kommt da aber immer wieder an die Grenze für "Normalos", da es "qualifiziertere" Berichte nur gegen Bezahlung gibt. Unter "Starmac" als Suchbegriff bei Google könntest du evtl. mal die Spur aufnehmen....


Gruß,
Helmut

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (10. April 2015, 01:46)


dieter w

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7

Freitag, 10. April 2015, 07:40

Zunächst mal Danke für die bisherigen Antworten. Die große "inhaltliche Streuung" zeigt zumindest, dass diese Thematik nicht trivial ist und entlockt mir ein Schmunzeln.
@ Horgul123: Dies herauszufinden war Anlass des Threads
@ Franz: Ich dachte minimal an 3 Flieger... Mit "Schielen" wird´s da schon lustig
@ Heinz: Du glaubst gar nicht, wie viele Fragen sich noch nicht getraut haben, meinen Denkapparat zu verlassen...
@ thompson77: Danke für den Link, diese Staffel kannte ich noch nicht. Genau aus einem solchen Konstrukt heraus ist die Idee entstanden
@ haschenk: Die ETHZ Videos kenne ich zumindest zum Teil. Mir ist klar, dass das keine Schwarmintelligenz ist. Ich möchte nachfolgend meinen Gedankengang weiter erläutern, ich glaube der Begriff "Schwarm" war von mir nicht präzise genug gewählt - "Staffel" wäre wohl treffender gewesen. Würdest du das genau so kritisch sehen?

Konkret hatte ich zunächst eine Staffel ähnlich der verlinkten Staffel im Kopf. Dann aber habe ich nochmals die aktuelle Spezifikation des Zano-Projekts (Kleinst-Quadrokopter mit autonomen Funktionen, gesteuert mit Smartphone) durchgelesen. Dort wird die Schwarmtauglichkeit dieses Teilchens zugesagt. Ob und wie erfolgreich das umgesetzt wird/wurde, stellt sich dann nach der Auslieferung irgendwann in der Jahresmitte heraus. Da ich nicht wirklich up-to-date bin bei den Quadrokoptern bin ich davon ausgegangen, dass diese Funktion auch anderswo bereits erfolgreich umgesetzt wird/wurde... Des weiteren will das Zano-Projekt auch eine Verfolgung auf Basis eines Bildmusters realisieren. Dies könnte ein weiterer Ansatzpunkt sein. Natürlich ist es auch möglich, dass hier viel heiße Luft verbreitet wird.

Aber jetzt mal der Reihe nach:
Mit den genauen Ortsdaten, den Steuerdaten und Daten zur Fluglage müssten sich doch für Slave-Flugzeuge die Steuerdaten ableiten lassen? Ich lasse jetzt mal bewusst die rechtlichen Belange außen vor - diese wären separat zu betrachten.
Von den genannten Datenarten sollten die Steuerdaten, wie auch die Ortsdaten eigentlich unproblematisch sein. Bei den Daten zur Fluglage kann ich mir vorstellen, dass die Orientierung anhand eines üblichen Magnetkompasses ermittelt werden kann, während Neigungs- und Rollwinkel aus einer Art Horizont-Finder kommen könnten. Eigentlich sollten das lauter verfügbare Sensoren sein... ? An welcher Stelle habe ich einen Denkfehler bzw. welche Lücke enthalten meine Gedanken, die ein solches Vorhaben unmöglich machen?

Bin für eine weitere Diskussion des Gedankens bzw auch anderer Ansätze dankbar.

:) Dieter
Wasserflieger sind geil! :nuts:

Horgul123

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8

Freitag, 10. April 2015, 08:20

Jeder Flieger setzt die Steuerbefehle (minimal) unterschiedlich um. Also wirst Du nie zwei exakt gleiche Bewegungen ausführen. Die Abweichungen sind aber ggf. so Minimal, das z.B. Stabisysteme sich nicht dran stören, reichen aber locker um den Schwarm entweder auseinander driften zu lassen oder sich gegenseitig abzuschießen.
Das Kontrollsystem müsste also die echte Lage der Flieger zueinander und im Raum erkennen und dann ggf. jeden Flieger einzeln korrigieren. Was dazu kommt: Flieger sind immer in Bewegung. Du kannst also nicht einfach nur einen Flieger umpositionieren, sondern musst immer alle steuern. Das geht bei Quadkoptern ja anders, die können immer mal kurz anhalten und sich neu ausrichten (bei Bedarf)

Allein die exakte Bestimmung von Position und genauer Lage im Raum ist bei nem Flieger um einiges komplizierer.


Wei Helmut schon anmerkte: Das ist nicht trivial und auch das bei den Quadcoptern hat immensen Aufwand bedeutet, den ein "normaler" Mensch sicher nicht hinbekommt...
Bye,
Oliver

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9

Freitag, 10. April 2015, 11:00

Dazu kommt gerade bei Quadrokoptern noch das Problem der Höhenkontrolle. Du musst also in allen Modellen exakt die gleichen Motoren mit exakt der gleichen Wicklungszahlen, Drahtlänge, dem gleichen Gasweg am Ragler usw. haben, sonst geht dein Schwarm auch noch vertikal auseinander.

Und das gilt nur wenn du Indoor in einer Halle ohne zusätzliche Luftbewegung fliegst, sobald du vor die Tür gehst hast du noch 1000 kleinsträumige Windsysteme die mit Auf- und Abwindfeldern die Steuerung verwirren – es sei denn du hast extrem gute Drucksensoren die dann aber wieder die Schwankungen die durch unterschiedliche Drehzahlen an den Motoren entstehen rauskompensieren können.

schmonzel

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10

Freitag, 10. April 2015, 11:12

Denke auch, dass sich das für Copter viel eher realisieren und berechnen lässt, wie für einen "Schwarm" Flächenflieger ! ?

Bei YT habe ich auch mal ein Vid gesahen, da hatte einer 6 oder 8 kleine Alpha-Jets zu EINEM zusammengedrahtet, ähnlich wie auf dem Bild von thompson77 ! :ok:
Happy flying, Andreas :prost:
Hangar : Ca. 30 Schäumlinge aller Art von 40 - 5500 gr., sowie 1 Sebart Su 1,60 m mit 6 S und ne Piper J 3 mit 2,45 m und gut 7 kg - 8 S ! :D
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haschenk

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11

Freitag, 10. April 2015, 21:20

Hallo Dieter,

Zitat

Mit den genauen Ortsdaten, den Steuerdaten und Daten zur Fluglage müssten sich doch für Slave-Flugzeuge die Steuerdaten ableiten lassen? Ich lasse jetzt mal bewusst die rechtlichen Belange außen vor - diese wären separat zu betrachten.
Von den genannten Datenarten sollten die Steuerdaten, wie auch die Ortsdaten eigentlich unproblematisch sein. Bei den Daten zur Fluglage kann ich mir vorstellen, dass die Orientierung anhand eines üblichen Magnetkompasses ermittelt werden kann, während Neigungs- und Rollwinkel aus einer Art Horizont-Finder kommen könnten. Eigentlich sollten das lauter verfügbare Sensoren sein... ? An welcher Stelle habe ich einen Denkfehler bzw. welche Lücke enthalten meine Gedanken, die ein solches Vorhaben unmöglich machen?

Du bist da schon auf der "richtigen Spur", aber ganz so einfach ist das nicht....
Alles, was mit Bewegungen, Flugbahnen usw. eines Fluggeräts zu tun hat, erfordert die Lösung der Bewegungsgleichungen des Geräts. Das ist (allgemein) ein System von nichtlinearen Differentialgleichungen in 6 Freiheitsgraden; unter "verschärften" Bedingungen (z.B. für einen Flugsimulator für "richtige" Flugzeuge) fortwährende Lösung in Echtzeit. Dazu kommen ständige Transformationen zwischen 2 Koordinatensystemen; eines "erdfest" (Inertialsystem, in dem hätten wir (meistens) gerne die Ergebnisse), das andere "flugzeugfest" (in dem fallen die (meisten) Daten an). Und dann braucht man noch ein Menge Parameter (Größenordnung 20 - 40), die das Fluggerät mathematisch beschreiben, und die man zuvor "identifizieren" (ermitteln) muß, z.B. durch Rechnungn, Windkanal- oder Flugversuche.
Das erfordert immense Rechenleistung.

In vielen praktisch vorkommenden Fällen braucht man die o.e. allgemeinen Lösungen nicht; man kann dann z.B. die Gleichungen (in einem passend gewählten Arbeitspunkt) linearisieren, das System in 2 voneinander unabhängige Systeme aufspalten (Längsbewegung und Seitenbewegung), unwesentliche Terme streichen, u.a.m. Damit rückt dann der Rechenaufwand in die Größenordnung von leistungsfähigen PCs. Der Preis dafür sind eingeschränkte Ergebnisse.

Du müsstest dir darüber klar werden, wie deine Zielsetzung ist und wieviel Zeit und Mittel du für das Projekt einsetzen kannst (normalerweise arbeiten an solchen Projekten Teams von einigen Leuten). Ferner über die Organisation/Hierarchie der verschiedenen Rechner, den Datenaustausch usw. Vielleicht kannst du dann etwas ganz Einfaches (z.B. einfacher Geradeaus-Verbandsflug resp. "follow me-Flug"...) realisieren. Programmieren von PCs, Microrechnern und Sensoren kannst du ?

Ich hänge mal ein paar Scans an:
Zuerst 2 einschlägige Fachbücher; insbesondere das zweite ist ein "Klassiker" und in deutsch (die meisten Fachbücher auf diesem Gebiet sind in englisch)
Dann das System der Bewegungsgleichungen und die Transformations-Matrizen (aus dem "Flugregelungs"-Buch)
Das soll dir nur einen Eindruck vermitteln von dem, was da auf dich zukommen würde. Zu meiner Studi-Zeit (ca. 1960) war das Stoff für's 5. Semester; heute wohl etwas früher. Zuerst muß man die notwendige Mathematik (Vektor-Analysis und Matrizenrechnung) gelernt haben. Wir haben damals auch nur vereinfachte Fälle behandelt, trotzdem hat es uns manchmal an den Rand des Wahnsinns gebracht...

Gruß,
Helmut
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haschenk

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12

Freitag, 10. April 2015, 21:58

Nachtrag

Noch ein Buch, das für dich von großem Interesse sein dürfte, es ist eine Sammlung von Symposiums-Beiträgen.
Insbesondere der Beitrag #6 beschreibt die Flugmechanik der Quadrocopter und zählt schon zu den "Klassikern" (auch häufig zitiert).
Und dann noch Beitrag #15 (Formation Flight Tracking).

Siehe Anhang; Titel und Inhaltsverzeichnis

Gruß,
Helmut
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dieter w

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13

Samstag, 11. April 2015, 08:13

Ich fasse mal den Extrakt für mich zusammen:
- Meine Vision ist nicht trivial und wurde offenbar noch nicht umgesetzt. Hätte ja sein können, dass zwischenzeitlich die Spatzen die Lösung von den Dächern pfeifen und ich habe den Ruf nicht gehört...
- Es ist mir völlig klar, dass Formationen einer aktiven Regelung von Position und Lage im Raum und selbstverständlich auch eine Kommunikation der Geräte untereinander erfordern - damit spielen aber Einflüsse wie Wind und leichte Differenzen bei den einzelnen Fliegern keine nennenswerte Rolle. Dies muss ohnehin aktiv geregelt werden.
- Die Flugmechanik ist sehr komplex. Dennoch müssten sich viele Parameter durch das aktive Steuern eines "Masters" vernachlässigen lassen, was den erforderlichen Rechenaufwand sehr deutlich reduzieren wird.
- Letztlich wird der Steuerimpuls für die "Slaves" sich aus der Steuervorgabe am Sender, dem Soll-Ist-Vergleich der Position und dem Soll-Ist-Vergleich der Lage berechnen müssen. Kann das wirklich soooo aufwändig sein?

Unklar ist mir noch:
- Welche Lageinformationen liefern die heute erhältlichen Sensoren und als Folge dessen
- welcher Rechenaufwand verbleibt?
- Eine andere Frage: Im "stabilen Modus" (wie auch immer der bei den verschiedenen Quad-Controllern genannt wird) richtet sich ein Quadrokopter aus jeder Lage in die Horizontale aus. Welche Informationen sind Basis für die horizontale Ausrichtung? Sind das ausschließlich die Beschleunigungssensoren? Reicht diese Information schon aus, um einen Quad auszutarieren?

Als Ingenieurinformatiker habe ich mal gelernt, komplexe Zusammenhänge in beherrschbare Einzelfaktoren zu zerlegen... Die Position als solche sollte eigentlich mittels GPS ermittelbar und somit beherrschbar sein. Deshalb würde mich zunächst die Thematik "Lageinformationen" (Orientierung und Lagewinkel) interessieren. Welche Sensoren liefern welche Ergebnisse?

@ Helmut: Normalerweise schrecken mich wissenschaftliche Ausarbeitungen etwas ab, da in der Praxis sehr häufig Vereinfachungen getroffen werden können, welche die Komplexität einer Thematik auf ein Mindestmaß reduzieren. Ich versuche nun, eben dieses Mindestmaß herauszufinden. Die Veröffentlichung in deinem Nachtrag scheint einen ähnlichen Weg zu beschreiten - ich werde mal schauen, wie ich da ran kommen kann.

:) Dieter
Wasserflieger sind geil! :nuts:

haschenk

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14

Dienstag, 14. April 2015, 00:47

Hallo Dieter,

Vielleicht findest du ja den "Stein der Weisen", an dem alle Andern vorbeigehen...
Zunächst noch mal im Anhang Literatur; nochmal ein Buch von Valavanis (Hrsg.), unmittelbar für dich relevante Beiträge hab' ich im Inhaltsverzeichnis gelb markiert. In dem Büchlein vom vth zu Multicoptern könnten Teile (Flugmechanik, Sensorik) für dich interessant sein.

Zitat

Unklar ist mir noch:
- Welche Lageinformationen liefern die heute erhältlichen Sensoren und als Folge dessen
- welcher Rechenaufwand verbleibt?
- Eine andere Frage: Im "stabilen Modus" (wie auch immer der bei den verschiedenen Quad-Controllern genannt wird) richtet sich ein Quadrokopter aus jeder Lage in die Horizontale aus. Welche Informationen sind Basis für die horizontale Ausrichtung? Sind das ausschließlich die Beschleunigungssensoren? Reicht diese Information schon aus, um einen Quad auszutarieren?

Für die Horizontalausrichtung bzw. Bestimmung der wahren Lotrichtung sind Beschleunigungsmesser UND Rate-Gyros notwendig. Deren Signale werden "fusioniert"; dadurch werden die Nachteile der beiden Sensoren ("langzeitig" Drift beim Gyro, "kurzzeitig" falsche Werte beim ACC) eliminiert. Dazu werden Filter verwendet. Z.B. *Kalman-Filter* (verstehe ich bis heute nicht), idR aber die einfacheren *Komplementär-Filter*. Dazu solltest du dich (p. Google) schlau machen. "Complementary Filter" und/oder *Shane Colton* wären Suchbegriffe zum Einstieg.
Es gibt dazu auch SMM-Sensoren zu attraktivem Preis, die schon beides beinhalten, z.B. *MPU 6050* (3-achs ACC + 3-achs Gyro; auch ein Suchbegriff).
Eigentlich ist "Sensor-Fusion" nichts Neues, dem physikalischen Prinzip nach gibt's das beispielsweise zum Ermitteln der (wahren) Lotrichtung seit ca. 70 Jahren in Form der "Kreiselhorizonte" von Sperry oder Askania; damals mechanisch/pneumatisch oder mechanisch/elektrisch.

Aber ich möchte dich noch hierauf aufmerksam machen:
Ohne einen Microcontroller (schon zum "Betrieb" der Sensoren) und ohne Software geht da garnichts. Prakt. alle modernen Sensoren sind sehr komplexe Teile, die viele Möglichkeiten bieten, aber dazu konfiguriert werden müssen (steht alles in den Datenblätten). Die gesamte Kommunikation mit den Sensoren (auch das Auslesen der Datenregister) erfolgt idR über den I²C-Bus oder per SPI; wegen der geringeren notwendigen I/Os meist über den I²C-Bus. Außerdem braucht man meistens *breakout-boards* mit den Sensoren, da die Lötpins der Sensoren für Bastler kaum noch handlebar sind. Gibt's alles (auch Links zu Software-Routinen) bei den einschlägigen Distributoren, z.B. "Sparkfun", "Watterott", "Drotek" u.a.m.
Als "Arbeitsplattform"/IDE bietet sich -zumindest für den Anfang- Arduino an. Man kann natürlich auch mit anderen µCs und/oder Entwicklungssystemen und Sprachen arbeiten (üblich ist C/C++, manchmal auch Assembler).

Da die Sensoren "strap-down" sind (= arbeiten im flugzeugfesten Koordinatensysten), muß idR noch ins erdfeste (Inertial-)Koord.system umgerechnet werden; das geschieht in den meisten Fällen über die sog. *Euler-Winkel*. Dabei gibt's gewisse Einschränkungen (würde jetzt zu weit führen); wenn man diese nicht tolerieren kann (z.B. für uneingeschränkten Kunstflug), muß man *Quaternionen* (engl. "quaternions") zur Winkeldarstellung verwenden.

Gruß,
Helmut
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15

Dienstag, 14. April 2015, 02:11

Hm...nen Quad mit nem Flächenflieger vergleichen ist ganz schön blauäugig.
Im Grunde ist nen Quad nämlich eine recht "simple" Aufgabe: einfach auf ner Kugel balancieren...reine Regelungstechnik.
Mit der Vorgehensweise dürft nen Flächenfleger nach nen paar Sekunden in Trümmern am Boden liegen, weil es hier ohne Aerodynamik nicht funktioniert.
Versuch mal, nen Flächenflieger einfach in der Luft zu stoppen- mit nem Quad kein Problem.
Das Quad muss _nur_ balancieren, um nicht runter zu fallen, alles andere wie Position halten (über Grund) ist schon Kür.
Und ja: fürs Balancieren alleine genügen Beschleunigungssensoren durchaus.
Theoretisch sogar Gyroskope nur: wie findet man dann raus, wo "unten" ist? Das liefern Beschleunigungssensoren gleich mit, da die Erdbeschleunigung immer nach unten zeigt. Somit ists recht einfach, sich im dreidimensionalen Raum zu orientieren. Mit nem Kompass zusätzlich klappts dann auch in ner zweiten Ebene-und die Höhe messe ich mit nem Barometer (nicht mit GPS, viel zu ungenau).
Oft werden dennoch zusätzlich Gyroskope verbaut: die können Drehungen etwas leichter erkennen (beim Beschleunigungssensor geht das ja gewissermassen nur über nen Umweg) aber unbedingt erforderlich isses nicht.
Mein Modell-Segway hat _nur_ nen Beschleunigungssensor, und balanciert ganz gut damit. Andere auch...noch besser sogar.

Du siehst: das sind zwei völlig verschiedene Welten, Multicopter (ob das Ding nun drei, fünf oder zwölf Rotoren hat macht nich viel Unterschied), der sich quasi beliebig in allen drei Raumachsen bewegen kann und Flugzeug, was eine gewisse Mindestgeschwindigkeit (in der umgebenden Luft, und somit ist z.B. ein GPS schon dafür nutzlos) immer halten muss, nicht stoppen kann, nicht auf der Stelle drehn usw..

Du sagst: vereinfachen. Gute Idee: ich nehme einfach mal nen typischen Anfänger-Motorsegler. Knickohren und so, eigenstabil wie nix anderes.
Bei nem bissel Zug an der Luftschraube fliegt das Ding praktisch alleine. Störungen von aussen regelt er ohne jegliche Elektronik aus- das klappt.
Packen wir nun noch ein GPS und nen kleinen Rechner rein (Arduino sollte genügen), haben wir ne autonome Drohne.
Dem Ding kann ich nen Kurs oder Wegpunkte vorgeben, und die wird er auch-so leidlich genau- abfliegen.
Leidlich-wieso nicht wirklich genau?
Weil er nicht quer einparken kann. Für nen Multicopter kein Ding, mit nem Flächenflieger einfach unmöglich. Ich denke, es wär trotzdem machbar, einen gegebenen Punkt mit weniger als 2m Abweichung zu überfliegen.
Mein autonomer Monstertruck schafft das auch mit seinem GPS, am Boden. Halbwegs guten GPS-Empfang vorausgesetzt. Das ist in der Luft bisschen einfacher.
Also: leidlich genau geht das schon.

Nun aber willst du nicht einen Flieger, sondern gleich mehrere loslassen. Ab hier spätestens wäre ich aus dem Geschäft- jetzt wird es so richtig heftig:
wir haben da zwei Modelle, die sich nach gewissen aerodynamischen Gegebenheiten richten müssen (das ist zwingend vorgegeben, da ist nix dran zu diskutieren), zudem den selben Kurs fliegen sollen und das in drei Raumaschsen mit dem selben Abstand.
Ahnst du allmählich, was da kommt?
Störungen werden nur selten beide Modelle synchron treffen, also wird immer eines aus der Reihe tanzen. Sinnvoller Weise gleichen sich beide gegenseitig an, wenn also eines nen Stück nach rechts muss um nicht abzuschmieren, sollte das andere mit- und anschliessend sollten beide den Kurs (und ihre Lage) wieder korrigieren.
Alleine mit GPS ist das nicht mehr machbar (wenn man ein Highend-Gerät hat, vielleicht...), hier muss eine Möglichkeit her, wie die beiden Modelle sich gegenseitig anpeilen können (stell dir vor, das rechte muss wegen einer Störung nach links steuern, da aber ist das andere ja schon)- unabhängig von Ungenauigkeiten der GPS muss also zuerst festgestellt werden, ob der Weg überhaupt frei ist, und falls nicht, muss gaaaanz schnell ne bessere Idee her. Spätestens hier kommt man wohl nicht mehr drumherum, nen aerodynamisches Modell der jeweiligen Situation- annähernd in Echtzeit- zu berechnen. Die daraus folgernde Lösung muss nun ggf. dem anderen Modell mitgeteilt werden ("du musst mir Platz machen"), von dem Modell wiederum geprüft werden ("kann ich das im Moment überhaupt, ohne selbst in Bedrängnis zu kommen??") und so weiter.
Das Ganze in Sekundenbruchteilen.
Ja: man kanns vereinfachen, indem man den Begriff "Formation" recht weitläufig auslegt: haben die beiden 100m Abstand zueinander, stellen sich einige Fragen nicht erst. Dann kann man sie im Grunde als einzelne Modelle betrachten und alles wird simpler.

Wieso ist aber ne Formation mit XCoptern so viel einfacher?
Weil die, jeder für sich, wie angenagelt da bleiben, wo sie sollen. Es kann jede Bewegung grundsätzlich aus dem Stand raus erfolgen-aber nen Flächenmodell kann nicht stehen! Die Copter können sich einfach drauf verlassen, dass sie immer genug Platz haben, um irgendwelche Abweichungen auszusteuern, die brauchen nur paar Zentimeter für. Das kann nen Flächenmodell nicht mal annähernd. Und genau dort ist der Haken bei der Sache.

Genug für den Anfang? ;)
__Grüssle, Sly__

haschenk

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16

Dienstag, 14. April 2015, 05:44

Hallo,

in den meisten Punkten stimme ich dir zu. Aber hier nicht:

Zitat

Und ja: fürs Balancieren alleine genügen Beschleunigungssensoren durchaus.
Theoretisch sogar Gyroskope

ACCs messen leider nicht nur die Erdbeschleunigung (korrekter gesagt, deren Komponenten bei Schräglagen), sondern auch "Störbeschleunigungen" verschiedenster Art (Böen, unvermeidliche Schräglagen (Querbeschleunigungen beim Ausregeln), das sog. "Scheinlot" beim Kurvenflug. Das ist äquvalent einem (gedämpften) Pendel. Aber über längere Zeit zeigt ein ACC/Pendel im Mittel sehr gut die Lotrichtung an. ACCs sind sehr driftarm, prakt. driftfrei; idR genügt eine einmalige Kalibrierung.

Gyros (sind bei uns immer "Rate Gyros", messen die Drehgeschwindigkeit, nicht die Lage) können kurzzeitig die Drehgeschwindigkeit sehr gut messen. Durch Integration über die Zeit erhält man daraus den Lagewinkel. Leider sind Gyros "über längere Zeit" erheblich mit Drift behaftet, die dann mit integriert wird und falsche Lagewinkel zur Folge hat.

Der Knackpunkt ist jetzt, daß man die beide Sensoren zusammenarbeiten lässt ("fusioniert"). Der Gyro-Sensor unterdrückt die kurzzeitigen Störungen des ACCs, und der ACC kompensiert die Drift des Gyros. Ziemlich "tricky", macht man am einfachsten mit einem sog. Komplementärfilter. So ist das auch im "Segway" und ähnlichen Balancegeräten implementiert.

Schaut mal z.B. auf der Webseite von Shane Colton (Prof für Robotik), da gibt's Einiges dazu zu lesen.
Z.B. hier: http://scolton.blogspot.de/p/self-balancing-things.html
In dem dort verlinkten Whitepaper wird das Komplementärfilter eingehender erklärt.

Gruß,
Helmut

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dieter w

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17

Dienstag, 14. April 2015, 08:38

Jaja, den Stein der Weisen finden und dann auch bitte nicht darüber stolpern... danke für die Links. Das ist viel interessanter Lesestoff. Für den in Beitrag 12 verlinkten Symposiumsbericht werden beim Download allerdings € 137,- aufgerufen. Da werde ich mich dann doch mit einfacher zugänglicher Literatur begnügen müssen.

Die letzten 3 Posts enthalten für mich weitere interessante Informationen, allerdings ist mir die Funktionsweise der ACC Sensoren noch ziemlich unklar - das muss zunächst mal geändert werden.

@ Rabenauge: Bitte halte mich ob meines Vergleiches zwischen Quadrokopter und Flächenflieger nicht für blauäugig. Ich versuche gerade, mir ein Bild von der Übertragbarkeit von Vorgehensweisen und Ergebnissen zu machen. Niemand spricht von einer 1:1 Übertragung der Ergebnisse, aber: sowohl der Quadrokopter als auch der Flächenflieger lassen sich 3-dimensional durch den Raum bewegen, indem alle Achsen "zum richtigen Zeitpunkt im richtigen Maß" gesteuert werden. Ob es dafür notwendig ist, dass ein Flächenflieger auch seitwärts oder rückwärts fliegt, oder in der Luft stehen bleiben kann, darf bezweifelt werden. Immerhin soll die Formation bzw. ein Flieger aus der Formation ja ganz normal manuell gesteuert werden. Werden dabei die flugphysikalischen Grenzen eingehalten (was wohl zwangsläufig der Fall ist), dann sollten bis auf einen tatsächlichen Grenzbereich die "mitgenommenen Flieger" auch innerhalb der Grenzen bleiben. Über Kollisionsvermeidung möchte ich an dieser Stelle (noch) nicht sprechen, diese Vereinfachung sollte in einem solchen Frühstadium erlaubt sein. So lange der Abstand zwischen den Fliegern größer als die erzielbare Regelgenauigkeit ist, kann dieser Faktor ausgeblendet bleiben.
Du scheinst dich ja sowohl mit ACC-Sensoren als auch mit GPS zu beschäftigen. Kannst du eine Aussage treffen, wie kontinuierlich die Daten aus diesen Systemen sind, bzw. wie stark sie springen?

:) Dieter
Wasserflieger sind geil! :nuts:

18

Dienstag, 14. April 2015, 15:38

Nen Quad kann _jederzeit_die Richtung in _jede beliebige Richtung_ ändern.
Das geht mit nem Flugzeug einfach nicht.
Nicht mal annähernd. Jede Korrektur muss vorher drauf hin geprüft werden, ob sie in der Flugsituation möglich ist. Das machen wir beim manuellen Steuern auch, aber wir nehmen das gar nicht wahr.

Hast du nen Fliegerkumpel?
Versucht mal, mit halbwegs vergleichbaren Modellen einfach nebeneinander her zu fliegen- schon ne lausige Platzrunde wird dir das Problem sehr schnell verdeutlichen.
Ganz einfach: eine fliegt und der andere versucht einfach nur, daneben zu bleiben. Probiers- macht Laune.

@Helmut: doch, balancieren geht ohne Gyroskop.
Im Segway habe ich zwar nen MPU6050 drin (der ACC und Gyro enthält), nutze aber den Kreisel gar nicht.
Natürlich wird, durchs beschleunigen, "unten" bei einem ACC verschoben-da das Ganze aber immer geregelt wird, ist das dem Ding Wurst. Hatte auch probiert, die Kreiseldaten mit zu verwenden: das ist mehr Aufwand und bringt keine Verbesserung. Wir reden hier natürlich nur von _einer_ Raumachse...
Wird übrigens in DIY-Segway-Kreisen immer wieder mal diskutiert, und meine Ansicht ist auch dort die vorherrschende. Viele Eigenbau-Segways haben gar keinen Kreisel drin und funktionieren dennoch einwandfrei.

@Dieter: ja ich bin bissel in der Robotik unterwegs, und ja, ich spiel mit solchen Teilen auch rum.
Als Beschleunigungsmesser benutze ich, wie gesagt, die bekannte Platine MPU6050, das ist praktisch nen dreiachsiger Beschleunigungsmesser zusammen mit nem dreiachsigen Kreisel auf einer Briefmarke.
Das Ding wird übrigens in Eigenbau-Quads (und auch in komerziellen) öfter mal verwendet.

Im Segway erreiche ich Zyklenzeiten von ungefähr 20 Millisekunden. In der Zeit wird:
-der Sensor ausgelesen
-das Ergebnis gefiltert (ich benutze nen Kalman-Filter)
-das Ergebnis aus dem Filter in nen PID-Regler gegeben, der nun die Korrektur berechnet
-die Korrektur auf die Motoren gegeben.
Der Output des Kalman-Filters ist praktisch rauschfrei. Da springt nix, da schwankt nix.

Wenn man den Sensor einfach nur ausliest und visualisiert, schwanken die Werte schon etwas- die Dinger sind hochempfindlich!
Wenn er auf dem Tisch liegt und ne Fliege landet in der Nähe, gibts nen Ausschlag....naja, fast. Mal die Hand auf den Tisch legen reicht wirklich.
Ist aber mittels Filtern wirklich sehr leicht zu glätten, zumal nan so grosse Genauigkeiten nich wirklich braucht meistens.

Das GPS (ist nen billiges Ublox Neo6-m) schafft 5HZ- also fünfmal pro Sekunde gibts frische Positionsdaten.
Die filtere ich nur grob (das Ding sitzt in nem Monstertruck von Tamiya, da ist genug Zeit..), so dass ich 1x pro Sekunde nen vernünftigen Positionswert erhalte. Das reicht völlig und entlastet den Rechner deutlich. Der muss ja aus der aktuellen Position und der Soll-Position jedes Mal noch den nötigen Kurs berechnen und hat noch einiges mehr zu erledigen.
Was nicht funktionieren würde: das GPS als Kompass benutzen. Nen bissel schwanken die Positionsangaben nämlich schon, und das Auto ist relativ langsam- daher hab ich zusätzlich nen elektronischen Kompass drin. Damit das sinnvoll wird, braucht man höhere Geschwindigkeiten und längere Strecken.
Zudem ist am Boden der GPS-Empfang nicht immer optimal, z.B. SBAS nicht immer verfügbar (und ohne diese Korrektur reden wir von Genauigkeiten zwischen 5 und 10m, besser wirds dann nicht)- mit SBAS treff ich nen Kreis mit 3m Durchmesser ohne weiteres.
Dürfte aber in der Luft kein Thema sein.
Teurere GPS können das noch deutlich besser, das Neo 6-p zum Beispiel benutzt die "ppp"-Technologie, dort wird die Genauigkeit mit <1m angegeben.
__Grüssle, Sly__

dieter w

RCLine User

  • »dieter w« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Grünstadt (Pfalz)

Beruf: Dipl. Ing. Elektrotechnik

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19

Mittwoch, 15. April 2015, 07:33

Danke für diese ausführliche Info :ok: Das hilft mir enorm weiter.
:) Dieter
Wasserflieger sind geil! :nuts:

haschenk

RCLine User

Beruf: Dipl. Ing.

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20

Mittwoch, 15. April 2015, 17:03

Hallo,

das Neueste zum Thema:
http://www.spiegel.de/wissenschaft/techn…-a-1028723.html

Gruß,
Helmut