Измерение перегрузок действующих на вертолет. Фильтрация сигналов и прочее

[AndRay]

Источников всего два - мотор и основной ротор. Остальное - кратное по передачам, ибо не откуда взяться другим источникам энергии для возбуждения вибрации. Но главное - фильтр ( кроме Калмана) жрет время. А калман - требует физмодели, т.е. знания текущей фазы двигателя, чтобы оценивать текущий вклад в показания датчиков от регулярной вибрации. У меня сейчас студент как раз переделывает вибростенд для того, чтобы замеряв вибрации потом на ходу их вырезать из текущих показаний.

[kasmirov]

Источников всего два - мотор и основной ротор. Остальное - кратное по передачам, ибо не откуда взяться другим источникам энергии для возбуждения вибрации. Но главное - фильтр ( кроме Калмана) жрет время. А калман - требует физмодели, т.е. знания текущей фазы двигателя, чтобы оценивать текущий вклад в показания датчиков от регулярной вибрации. У меня сейчас студент как раз переделывает вибростенд для того, чтобы замеряв вибрации потом на ходу их вырезать из текущих показаний.

Мы уже обсуждали это. Идея поставить датчик фазы на мотор понятна.
Но в самом "простом" случае классического вертолета источников несколько:
1. Мотор (самый минимальный источник вибраций) и далее связанная с ним вся трансмиссия с учетом передаточных чисел в случае, если мотор подсоединен к трансмиссии напрямую. Это случается либо в мелких вертолетах, типа валкеры или протоса, там нет обгонки. Либо при работе с замкнутой обгонкой. Т.е. спокойный, размеренный полет. В случае 3д полета мотор работает абсолютно в непредсказуемом режиме, часть времени ротор обгоняет мотор и тот непродолжительно отключается / значительно снижает обороты. Могут быть еще всякие оверспиды, когда ротор выходит на обороты вообще не достижимые мотору.
2. Вибрации вызванные в следствии срывного процесса обтекания лопастей на некоторых режимах, флаттер например. Вибрация вызванная попаданием закрученного потока ротора в хвостовые лопасти. Турбуленция воздуха в следствии аэродинамически несовершенной формы корпуса большинства рц-вертолетов. Да и откуда оно возьмется если вертолет то боком летит, то задом, то еще х.з. как.
3. Применительно к моему проекту соосника все еще несколько запутанней. Роторы крутятся с одинаковой частотой, но углы установки лопастей будут несколько отличаться, условия обтекания у роторов разные (через нижний прокачивается больше воздуха и поток попадает уже закрученный), длина валов до верхнего и нижнего роторов разная, соответственно скорее всего на предельных режимах оба ротора будут вибрировать в целом спектре никак не коррелирующих частот. Ну и зачем тут заморачиваться с датчиком фазы, что он даст?

А если пойти чуть дальше, т.е. за рамки одномоторных вертолетов, то ответь мне как быть в случае, когда на борту два ГТД, два генератора? Причем один турбовальный двигатель может издавать вибраций намного больше одной частоты. Если турбина со свободным колесом, то это означает два минимум вала каждый из которых крутится на своих оборотах.
Кстати, коптер имеет 4-8 движков, все с разными оборотами. Как тут учитывать?
Или коптеры с двс + генератор + электромоторы?

[AndRay]

Именно этим мы сейчас и занимаемся
Задача - именно нацучиться мерять хотя бы то, что можно померять...При наличии датчика фазы можно увидеть много- много интересного. А без датчика фазы фурье - это будет банальный сглаживающий RC фильр... Можно просто поставить акселерометры на "сопли".

[AndRay]

Кстати еще о вибрациях...можешь в полете выключить двигатель и увидишь как при его отключении мнгновенно огромный процент вибраций исчезает. Акселерометр - он же крайне тупой. Допустим на квадролёте 90% вибраций видимых на акселерометрах идет от обмоток мотора, еще 5% - дисбаланс ротора и остальное - моды колебаний в раме...

[SERGINIO]

Ну и зачем тут заморачиваться с датчиком фазы, что он даст?

Видимо начало отсчета ,тик проца известен,обороты там \сям тоже ,можно программно определить временную  область где что шумит .
 Если что то кратно -подавить ,нужное -акцентировать .

[kasmirov]

Ну дык на коптере, к примеру, 4-е несовпадающих начала отсчета будет, а датчик воспринимающий вибрацию один. Рама-то одна.
Если один мотор и жестко связанный с валом ОР и ХР, да имеет смысл. В остальных случаях не лучше и не хуже того же Фурье, но не синхронизированного с мотором.
Иначе придется вешать датчик оборотов на каждую несинхронизированную передатку и мотор.
На коптере, в принципе, несложно получить с каждого регуля текущие обороты. Передатки нет. Определяй гармоники и вычитай все это из полученных данных - получишь чистые данные об ускорениях. В идеале.
В вертолете все совсем не так.

[AndRay]

, а датчик воспринимающий вибрацию один

Датчик - один, а датчиков фазы - четыре. А дальше - формула сложения синусов :)Ты тут прав. А насчет датчиков ускорений - мы планируем по датчику на луч на квадре а на вертолете - отдельно меряем хвост, отдельно ротор, отдельно - двигатель. Цель - прямое измерение эволюций борта вместо фильтрации.
В результате останутся только вибрации не связанные с электроприводом. Можешь посмотреть на свои измерения с выключенным мотором. Вот мы хотим их получить на включенных моторах...

[kasmirov]

Андрей, а ты вейвлет преобразования не пробовал?

[AndRay]

А смысл? Физику это не отменит и чуда не даст. Вейвлет просто умеет найти контраст или что-то в этом духе. Вейвлетом хорошо удар искать.

[kasmirov]

Попалась отличная подборка лекций про фильтр товарища Калмана

[AndRay]

Шикарная картинка, там все просто, но если не представлять это объемно - по формулам из книжки очень тяжело разбираться. Спасибо, студентам скормлю!

[AndRay]

Вот тоже неплохой текст
http://www.bzarg.com/p/how-a-kalman-filter-works-in-pictures/

[kasmirov]

Моделисту любая хрень может пригодиться, ничто не пропадает даром
В прошлом году сделал программируемый и управляемый с телефона сервотестер http://rcheliclub.ru/index.php?topic=14367.0
И вот он вдруг нашел применение.
В ходе экспериментов мне надоело трясти плату рукой, все-таки это как-то ненаучно, да и повторяемость результатов никакая
Так что сделал стенд из моторчика с эксцентриком, примотанного к плате с датчиками, которая крутится на серве, которой в свою очередь управляет сервотестер
Моторчик вибрирует что надо, аж пол бетонный дрожит 


Программа испытаний (вверху угловая скорость, внизу управляющий сигнал на серву):


Второй кадр размыт не из-за того что фотограф не в фокусе Просто вибрация такая, что штатив вместе фотиком прыгает, находясь в метре от стенда


Из промежуточных результатов.
Метод Гильберта-Хаунга, который мне очень хотелось попробовать, не работает вообще. Т.е. местами он выдает вполне осмысленные и очень хорошие кусочки первоначального движения, но в основном просто мусор.
Комплементарный с такой вибрацией тоже практически бесполезен, а увеличивать разницу между коэф. приведет к еще большей задержке и искажению формы сигнала.
Фурье работает или не работает в зависимости от частоты дискретизации. На 1кГц результаты удовлетворительные,  на 100Гц абсолютно бесполезные.
Вдобавок сложности с вычисление этого самого быстрого преобразования Фурье. Считать его в МК удалось в реальном времени как раз с частотой 100Гц и менее, т.е. там где он бесполезен. Выше проц не справляется. Еще ограничения с объемом памяти, ибо надо держать приличных размеров блок данных. А внешней памяти на моей плате нет.
Правда я не пробовал специальные DSP функции, а использовал неоптимизированный алгоритм.
Похоже надо менять процессор на более мощный и ставить его на задачи чистой фильтрации без всякого управления.

Ну да ладно, сейчас доковыриваю Калмана, очень интересно посмотреть на результат.

[AndRay]

Вот, наконец-то системный подход вместо радиолюбительства:)
Стационарный Калман - это в чистом виде комплементарный фильтр, только без задержки...Но в станционарной ситуации оно и не особо надо. В общем, ставь на мотор датчик фазы и будет тебе счастье

[kasmirov]

Жаль, что тот видеокурс по Калману остается пока незавершенным. Хотя и другие лекции у того мужичка просто замечательные и супердоходчивые.
Вот еще свежее видео от матлаба про Калмана. Дополняет чем-то курс выше.


Зы. Попробовал Калмана в маткаде сделать. Вроде чета там считает. Но с моей вибрацией пока не справляется. И опять-таки вопросы у меня с правильным указанием матрицы R и других ковариационных матриц.

ЗЗы.
Затык у меня.
Где-то пишут, что ФК работает только с нормально распределенными шумами и прочими случайными величинами.
И в кино выше тоже перемножаются вероятности нормальных по Гауссу случайных величин.
Где-то пишут, что пофиг, не обязательно.
А у меня вибрации нифига не нормально распределены. В одной оси вообще имеется бимодальное распределение.


Шумы измерения тоже чем-то похожи. По тем же осям еще более выраженные 2 моды и смещение от 0, хотя шумы измерения практически ничтожные.