Welche Frequenz muss meine Aktualisierungsschleife für den Quadcopter-Ausgangssensorberechnungsausgang stabil bleiben?

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Welche Frequenz muss meine Aktualisierungsschleife für die Ausgabeerfassung und -berechnung bei einem Motor-zu-Motor-Quadrocopter von 600 mm (2 Fuß) stabil bleiben?

Ich schätze ein Gesamtstartgewicht von ungefähr 2 Pfund (0,9 kg), wobei ich davon ausgehe, dass es sich hauptsächlich um Motoren und Batterien handelt.

stability quadcopter

— David Cary
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Ich vermute, dass hier nur sehr grobe Antworten möglich sind, da es viele Variablen gibt, die die Reaktion des Systems beeinflussen. Vielleicht sehen Sie: Wie berechne ich die erforderliche Schleifenfrequenz für einen Servoregler?

— Rocketmagnet

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Wie Rocketmagnet vorschlägt, hängt die "benötigte" Frequenz von vielen Faktoren ab. Je reaktionsschneller Ihre Rotoren sind, desto empfindlicher reagiert Ihr Fahrzeug auf zufällige Spitzen bei Motorbefehlen. Diese zufälligen Spitzen können durch verrauschte Sensorwerte verursacht werden, die durch physikalische Fehler verursacht werden. Dies bedeutet, dass Sie die Reglerverstärkungen verringern müssen, was wiederum bedeuten kann, dass Ihr Quadrotor instabiler wird. Einige andere Faktoren sind die Rotationsträgheiten des Quadrotors, die Blattsteigung der Propeller, die Lage des Massenschwerpunkts und der Abstand von Motor zu Motor.

Ich habe einen Flugregler von Grund auf für meinen 2-kg-Tricopter programmiert, der auf einem ATmega1280 läuft, und dabei Folgendes festgestellt:

50 Hz: Es bleibt in der Luft, ist aber kaum zu kontrollieren.
100 Hz: Es wird zumindest vermieden, sofort zur Seite zu kippen.
200 Hz: Ich kann es drinnen bei Schwebeflug loslassen und es bleibt mehr oder weniger an einer Stelle.

Es kann von Interesse sein, zu beachten, dass Ihre Rotorträgheiten umso effektiver als physikalische Dämpfer wirken, je höher die Steuerfrequenz ist, was zur Unterdrückung des IMU-Geräusches und zur Verbesserung der Flugstabilität beiträgt.

Aber wenn ich hätte eine harte Nummer für eine Mindestflugregleraktualisierungsfrequenz für einen Quadrocopter dieser Größe geeignet für Indoor - Navigation zu geben, basierend auf persönliche Erfahrungen ...

Ich würde 80 Hz sagen.

— yoos
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Ich verstehe nicht, warum Sie 80 Hz vorgeschlagen haben, als Sie 200 Hz für ein viel größeres Fahrzeug verwenden mussten. Wenn das System kleiner ist, benötigen Sie eine schnellere Abtastzeit, da die Eigenfrequenzen höher sind, da weniger Trägheit vorliegt.

— Goncalo Luis

Gibt es irgendwelche Vorteile beim Laufen über 200 Hz? Ich habe ein System, das im Moment mit 2 kHz läuft, aber auf Kosten eines zusätzlichen Gewichts.

— Tuskiomi

(Wow das ist ein alter Thread, aber) @goncaloluis Ich schlug 80Hz als hartes Minimum vor. Sie haben vollkommen Recht damit, eine schnellere Abtastrate für kleinere Fahrzeuge zu benötigen. :)

— yoos

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@tuskiomi Bis zu einem bestimmten Punkt. Ihre Anwendung und die gewünschte Bandbreite sollten die erforderliche Frequenz des Regelkreises steuern. Wie jedoch viele festgestellt haben, wird die Trägheit schließlich zum begrenzenden Faktor.

— Yoos

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50-200Hz sind ziemlich normal, wie wir in den Open Source Projekten sehen können. Sie müssen berücksichtigen, dass in den meisten Fällen die Trägheit der Motoren und die Kommunikation mit den ESCs der begrenzende Faktor ist.

— user65
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@ Shahbaz: "Open Source" beeinflusst unser Wissen über die Frequenz des Regelkreises. Wenn es sich nicht um Open Source handelt, wissen wir im Allgemeinen nicht, wie hoch die Frequenz des Regelkreises ist.

— David Cary

Nicht ganz richtig. Geschlossene Fluglotsen veröffentlichen normalerweise ihre Kontrollfrequenz. Die meisten von ihnen geben eine Ausgangssteuerung bei 400 Hz aus, um die Kompatibilität mit standardmäßigen elektronischen Drehzahlreglern (ESCs) zu gewährleisten. ZB der beliebte DJI Wookong-M: dji-innovations.com/tech-spec/wookong-m-sepc

— foobarbecue

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Um eine harte Zahl zu erhalten, müssten Sie Ihr Handwerk mathematisch modellieren und analysieren. Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Modell eines Systems zu erhalten:

1) Sie erhalten eine mathematische Darstellung des Quadcopters über Freikörperdiagramme;

2) Sie bauen einen Gig, um den Quadcopter ohne Kontrollsystem zu testen, und verwenden die Identifikationstheorie, um ein Modell zu finden.

Dann müssen Sie Ihr Modell linearisieren, ein Quadcopter ist von Natur aus nicht linear. Machen Sie einen Bode-Plot des Systems. Die Frequenz, die Sie benötigen, ist ungefähr doppelt so hoch wie die höchste Frequenz Ihres Systems.

Dies ist der "Profi" Weg, dies zu tun. Wenn Sie das alles nicht durchgehen möchten, verwenden Sie einen Wert wie den von user65 und yoos vorgeschlagenen (lesen Sie meinen Kommentar zu yoos answer) und wiederholen Sie den Vorgang, bis Sie das bekommen, was Sie wollen. Sie möchten auch nicht, dass die Abtastzeit zu hoch ist, da Probleme auftreten, wenn das Steuerungssystem auf Rauschen reagiert.

— Goncalo Luis
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Ihre Frage kann nur konkret beantwortet werden, wenn wir die Modellparameter Ihres Systems haben. Der prinzipiellste Ansatz zur Beantwortung Ihrer Frage ist die Darstellung der hochgradig nichtlinearen Dynamik Ihres Systems in diskreter Zeit. Mit dieser Darstellung kann eine maximale Schrittgröße bestimmt werden, für die Stabilität erreicht wird. Dies ist der maximale Wert, den Ihr System erfolgreich verwenden kann. Eine minimale Schrittweite wird nicht von der Dynamik des Systems bestimmt, sondern von der Hardware, die Sie verwenden. In diesem Fall würde mich das Überholen beschäftigen.

— JSycamore
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