Sensore per misurare il vento su un quadricottero

Grazie stefano anche per il tuo supporto.

Vi preannuncio innanzitutto che lo scetticismo riguardo ai sensori con tubi di Pivot ho capito che ha una buona motivazione:
questo tipo di sensori sono molto buoni per stimare la velocità del vento (in realtà la velocità del velivolo) quando le velocità in questione sono abbastanza elevate. I sensori in questione fanno schifo quando stiamo a basse velocità come nei quadricotteri (dovrei farli volare ad alte velocità per un po' di tempo per avere una stima accurata)

In ogni caso....Ho appena finito di parlare con un esperto del CIRA (Centro Italiano Ricerche Aerospaziali) e diciamo che ho capito un po' meglio il mio percorso.

Allora visto che il problema è quello di stimare la direzione e intensità del vento e visto che ho capito che loro vogliono farlo senza un sensore apposito ma semplicemente con IMU e GPS il problema diventa il seguente:

Abbiamo L'UAV che se lo vediamo come un modello matematico ha degli ingressi e delle uscite. (Ingressi = velocità di rotazione dei rotori, uscite=posizione xyz e relative velocità + posizioni angolari e reltive velocità angolari)
Naturalmente come ogni modello matematico esso sarà affetto da disturbi e sono proprio questi disturbi l'oggetto della nostra analisi.

Assodato che vogliamo utilizzare le uscite di IMU e GPS come nostre misure per avere il vento la cosa logica che ci viene in mente è quella di "invertire" il modello.

E giä qui abbiamo il primo problema, per poterlo invertire c'è bisogno dei PARAMETRI AERODINAMICI del modello in questione (Non dovrebbe essere un problema in quanto il mio supervisor mi ha detto ' Abbiamo il modello completo del quad')

Andiamo avanti.
Una volta fatto questo pero', cioè se riusciamo ad invertire il modello non otteniamo di certo l'intensità del vento perchè il vento è un disturbo. Quindi per poter invertire il modello lo strumento matematico che ci viene in aiuto è il famoso....

... FILTRO DI KALMAN

Questo puo' essere uno schema che rende l'idea:

All'uscita del filtro di Kalman noi dobbiamo avere qualcosa che dipende dalla velocità del velivolo rispetto all'aria. Se riusciamo ad avere una cosa del genere, possiamo scindere da questa la velocità del vento e quindi avremmo risolto il nostro problema.

Quando abbiamo detto ' Filtro di Kalman ' subito è nato un problema fondamentale :
il filtro di Kalman basa tutto il suo funzionamento sul fatto che il sistema sia lineare, infatti si va a risolvere un eq. algebrica di Riccati per trovare il guadagno del filtro di Kalman.
Si puo' ovviare a questo problema utilizzando il cosiddetto EXTENDED KALMAN FILTER che è un filtro di Kalman che vale anche per sistemi Non Lineari.

Un'ulteriore passo che si potrebbe fare sarebbe quello di installare i tanto discussi tubi di pitot e quindi avere un sensore REALE.
Con il filtro di KALMAN ci siamo creati il nostro sensore di vento VIRTUALE e potremmo andare ad integrarli per avere una misura del vento su tutto il range di velocità ed avere anche una accuratezza maggiore.

Spero di essere stato chiaro perchè la cosa non è delle piu' semplici... Se qualcuno ha qualche osservazione da fare mi dica pure...possibile che mi apra la mente per trovare la soluzione al problema.

Fabrizio.

p.s. Il problema sembra essere diventato ancora piu' complesso :slight_smile: :frowning:

BrainBooster:
wè schiano, da quanto tempo... :smiley:
hai fatto i soldi e?... :slight_smile:
tornando al sensore... hai dato in'occhiata a quelli fatti da omron?
per esempio uno tipo questo non andrebbe bene?
http://www.mouser.com/ds/1/307/D6F-V_1010-4695.pdf

Ciao brain. Mentre tu postavi l'ho fatto anche io... Comunque grazie per il "bentornato"...

Sto cercando di fare soldi... Non li ho ancora fatti :stuck_out_tongue: Ma piu' che altro finalmente mi diverto a studiare quello che mi piace :slight_smile:

quindi adesso usando solo quello che hai...
dovresti crearti un modello ideale da sottrarre a quello reale per ottenere come risultato i "disturbi" ed analizzarli?

Detto in parole povere si... Ma non potevo mai scrivere cosi altrimenti mi avrebbero picchiato in molti.

Brain riguardo il tuo sensore sai quanto pesa perchè non ho trovato questa info nelle specifiche :frowning:

f.schiano:
Allora visto che il problema è quello di stimare la direzione e intensità del vento e visto che ho capito che loro vogliono farlo senza un sensore apposito ma semplicemente con IMU e GPS il problema diventa il seguente:

Chissà perché mi sembra la storia della moglie ubriaca e la botte piena :slight_smile: , la vedo veramente molto, ma molto, difficile estrapolare direzione e velocità del vento dai dati della IMU e GPS.

astro lo so... Ma io come ben sai sono solo l'ultima ruota del loro carro, piu' di proporgli una soluzione con il sensore io non posso fare... Cioè posso mai permettermi di dirgli che la cosa è molto difficile?

E poi le cose difficili sono anche belle dai...

p.s. Brain ho trovato : Weight (kg): 0.00527 quindi 5.2 g... Sempre molto leggero :slight_smile:

sono mems, come fanno a pesare tanto? :slight_smile:
potresti "seplicemente"misurare le correzioni sui piani x y e z applicate dal filtro mentre si dice al quadricoso di stare fermo, e poi di li con un pò di "magia nera" estrapolare i dati che ti servono.
p.s.
per avere dati usabili ci vorrebbe un gps di precisione millimetrica!

Vabbè riguardo al GPS di precisione millimetrica dipende dalla stima che vogliamo avere del vento... Peggiore è la stima che vogliamo avere peggiore puo' essere il GPS.

Nel caso in questione il GPS viene sostituito da un sistema di monitoraggio con Telecamere molto preciso chiamato VICON e quindi il problema non si porrebbe . Per andare Outdoor (dove VICON non puo' essere utilizzato) si potrebbe pensare di utilizzare un GPS RTK che ha una buonissima precisione (anche se non millimetrica, ...GPS millimetrici sono complicati da trovare da quello che so ... ed inoltre costosissimi, quindi non applicabili su un quadri)

Fabrizio.

quindi le prime prove le farai all'interno con il vicon?
se è così allora puoi controllare tutto, vento simulato, posizione attesa nel modello a vento 0, posizione reale, correzioni che i filtri stanno apportando alla posizione attuale, rcc...
puoi anche piazzarci dei veri anemometri vicino e misurare lo scostamento della misura calcolata a quella strumentale

Penso di si.... Anche se non ne sono sicuro perchè loro hanno solo una grossa ventola per fare vento e niente di piu'. Ma potrebbe bastare.

Comunque misurare il vento con un anemometro e calcolare lo scostamento tra il reale e il 'virtuale' sarebbe anche una cosa molto interessante e utile :slight_smile: Vedi che grazie a voi vengono sempre nuove idee ?! :slight_smile:

Grazie grazie grazie

la ventolona la controlli con il pwm un potenziometro ed un ssr, poi ti tari i livelli di venti di prova con l'anemometro campione e ti segni i livelli di pwm richiesti per ottenere un vento campione a tot m/s.
fai volare il sistema a mezz'aria, fermalo (per un pò) e registra le correzioni al chiuso senza vento, poi applica il più basso dei venti campione con una direzione nota e registra nuovamente le correzioni apportate dei flitri per tornare/mantenere la stessa posizione. da lì in poi , con i dati ottenuti c'è da inventare :smiley:
questo, se pensiamo al vento come un vettore che ha come verso la direzione del vento e come lunghezza la sua intensità e che agisce su un sistema bilanciato tentando di sbilanciarlo, potrebbe essere un punto di inizio dell'analisi del problema, perchè sappiamo che il filtro sta agendo con forza inversa per riportare il sistema in equilibrio.

Ok . Benissimo. Sto scrivendo tutto sotto : IDEAS :slight_smile:

p.s. cosa intendi per ssr ?

visto che andiamo sul complicato ho trovato questo
http://www.detect-inc.com/rwp.html

stefano

no stefano non miserve nulla del genere :slight_smile: Grazie comunque per l'aiuto ,
Fabrizio.

ssr= solid state relè nome commerciale per i circuiti di zerocrossing con triac e scr controlabili via pwm.

Grazie brain.

Comunque riguardo al problema che vi ho esposto sopra ci potrebbe essere un'altra soluzione che adotta invece del Filtro di Kalman esteso la Direct Cosine Matrix (DCM). Pero' io non l'ho mai trattata ai corsi che ho seguito. Quindi prima di imbarcarmi in un nuovo argomento vorrei chiedere al supervisor.

Per capire di cosa parlo basta dare un'occhiata a questo:
http://diydrones.ning.com/forum/topics/wind-estimation-without-an

Ciao,
ho seguito con interesse tutta la discussione , e da inesperto ,ho messo sul tavolo un po di "brainstorming":

  • il quadricottero , in assenza di vento , sta in overing " fisso su una verticale
    -se arriva del vento, questo tenderebbe a spostarlo nella sua direzione
    -i motori del quadricottero, lavorerebbero in modo da contrastare lo spostamento e mantenere il quadricottero sulla verticale
  • la velocità delle pale del quadricottero , quelle che lavorano per riportarlo sulla verticale , sarà più veloce e quindi proporzionale alla velocità del vento
  • un giroscopio potrebbe darmi l'angolo della direzione del vento
  • se si fanno delle prove di "taratura " al chiuso con velocità del vento date da un ventilatore si può poi creare la curva velocità del vento in funzione della velocità delle eliche.

queste sono delle mie considerazioni che solo con soluzioni software potrebbero portare a dare come risultato velocità del vento e direzione dello stesso.

Marco

Ciao marco. Grazie per l'interesse.

In parole povere è proprio quello che hai descritto tu quello che dovremmo fare. Ma spesso oltrepassare la linea che divide teoria e pratica, almeno per me, non è immediato.

Ora sono già a lavoro e sento che ogni giorno che studio capisco qualcosa in piu' e quindi sono fiducioso che qualcosa uscirà fuori.

Fabrizio.

Secondo me il problema di quello descritto da marcocorbetta é che il quadricottero deve mantenere la posizione sopra il suolo con una precisione che supera di grande la precisione che puó dare un GPS.
Ciao Uwe

Infatti penso che per piccolissimi spostamenti sia sufficiente giroscopio e accelerometro, magari abbinato a un GPS differenziale.