机上の実験環境です。 
 エンジンの代わりにマブチモータを使っています。 勿論、最終調整や細かい内容は実機に載せて実験していますよぉ。

エンジンガバナー
 P11パターン演技をやや遅めで等速度で近めのフレームで演技するのは日本選手権出場選手並の腕が必要ですよね。 素人では到底無理だと思っていますが、その障害の最大の原因がエンコン操作で、エンジン回転がチョット遅くなるとヘロヘロフライトになり、チョット速くなると演技が大きくなってしまいます。 演技の切り替わりのエンコン操作が1コマでもズレると回転がおかしくなり、「なんだ ヘタクソ!」と評価されがちですよね。
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まとめ版

機体降下中の回転数

(A)はスロットルカーブ、(B)はそのスロットル位置でのエンジン(モータ)の回転数を表しています。 但し地上における一定条件下のものです。

YS DZ170CDI 専用として設計しました。 グローエンジンに使用する場合は回転センサを付ける必要があります。

操作方法: ガバナースイッチをONし、スロットルが1/3以上の位置でガバナーが働くようにしています。
基本回転数はプロポのボリュームで決めています。

暫定版 取説

機体上昇中の回転数

6月28日(日) ガバナーの作戦変更
 私、本当の飛行機用ガバナーとして使い方を間違っていたのかなーと反省しています。 一定回転で飛ばすことを第一目標にしていたことが間違っていたようです。 一定回転では「近め・メリハリ・スロー演技」は私には無理です。

話を転じて、例えば機体が降下するとき、同じスロットル位置での回転の変化は 2ストエンジンや電動モータに較べて4ストエンジンの方が より安定(回転変化が少ない)していますよね。 これが大事なように思います。 だから4ストエンジンは飛ばしやすい、一般フライヤーにも人気 なのではないでしょうか。

スロットル位置に応じて回転数は増減できるが、その位置での回転変化が殆ど無い・・・・ 目標はこれで良かったように思います。 その所をチョコッと説明します。 下の表は一般的なスロットル位置とエンジン(モータ)回転数の関係です。


@ACCEL          EQU     D'64'          ;INTEG 2段加速の開始時間(経過回転)
@DUMP_F         EQU     D'40'          ;ダンパー軽減頭(経過回転)
@DUMP_Z         EQU     D'100'        ;ダンパー軽減尾(経過回転)

@GAIN_IN         EQU     D'30'          ;30(% ゲイン /比例P制御)
@MARG_IN       EQU     D'40'           ;40rpm(ゲインの回転遊び)
@INTEG_IN       EQU     D'8'            ;秒 EP=8 EG=10 (積分I制御)
@INTEG_MARG  EQU     D'100'         ;100rpm(積分の回転遊び)
@THR_GAPIN    EQU     D'15'          ;15% (THRのゲイン振幅限度)
@DUMP_R        EQU     D'102'         ;102=40%(256分率ダンパー率)

 調整するパラメータはに右記の種類があります。 飛行機の違いというより、回転数の違いによりガバナーの設定が少しずつ変わってくるようです。 
製作腕があり興味のある方は連絡を頂けば、回路図、プログラムをお分け致します。EPかGPを指示してください。
 ガバナーには色々な効果があることを実感しましたが、特に大きな効果としては次の2点が挙げられます。
 @EP機で、外缶モータ+APCペラのように回転音が聞こえなくても常に一定回転で飛んでくれ、ヘロヘロフライトから解消されます。
 A大径ペラを使用したエンジン機ではスロットルがシビアになり、1コマ以内のスロットルワークが求められますが、この様な場合にガバナーが力を発揮します。
4月23日(土) EP機で調整
 いままでガバナーの調整に使用していたVOYAGE DZ170CDI が天に召され、急遽EP機ペガサスで調整することになりました。 EP機は回転数が少々低いですが、今までのエンジン機で調整したガバナーの設定条件のまま、何も調整することなくうまく働きました。v(^-^)v

EP機はエンコンサンーボが無い分、応答遅れがないのでガバナー環境とし適しているのですかね。
またチョットしたテストは部屋の中でできるのでプログラムの動作確認にとても良いです。

 

基本データの設定
 
受信器のスイッチを入れた直後、普通モードでスロットルを上下に動かし、エンジンを最高回転、アイドル回転にし、ガバナースイッチを0.5秒以内で素早くON-OFFすると基本データ(最高回転数、最低回転数、スロットルの振り幅、エンコンサーボの極性)が自動的に収集され保存されます。


調整パラメータ

下記パラメータの調整でガバナーを好みの特性に調整することができますが・・ 機器がないと無理ですけど・・
         実際には調整する必要はない・・・と思います。 充分に調整したつもりですので。

ゲイン     変動した回転数を基準回転数に戻す係数、100%であれば基準回転数にピッタリ戻ることになるが
         そうはイカの金タマ。 間違いなくハンチングを発生しますので 小さめの値で設定します。

ゲイン遊び  ゲイン対 基準回転数に対しての遊びの回転数(余裕)で、その余裕内にあればガバナー機能は 
         働きません。

ゲイン幅    ゲインで動くサーボ動作量の範囲(%) サーボ全動作範囲に対する割合

積分      時間的にゆっくりと基準回転数にピッタリ(実際は遊び回転数内)戻すための係数、単位は秒

積分遊び   積分動作のための遊び回転数、この範囲内にあれば積分動作は働きません。

微分      設定が難しいのでシステム内の固定定数で決めています。 応答を速くするための係数です。

2014/6月19日

機体降下後、直ちにロール演技が入る場合、ロール演技の直前にスロットルを調整し回転数をある程度決めますが、私のような素人ではこのエンコン操作が非常に難しいところです。 
むずかしく している原因はプロペラの負荷の変動を先読みしてスロットル位置を決めなければならない・・  難かし過ぎる・・・。


以上を踏まえ、新しいガバナーは1600rpmから9000rpmの回転全域をカバーするようにしました。 更に応答性も少し改善しました。 

まとめ版


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8月22日(月) ガバナーの取説(暫定)
 ガバナーの調整がほぼ終わりましたので取説(暫定)を右にアップしました。 もし興味があれば覗いてみてください。

最近の改善内容
1)垂直上昇後の水平飛行の頭で1〜2秒間回転がやや高かったのを 0.5秒以下に抑えた。
2)垂直下降後の水平飛行で回転追従が遅かったのを大きく改善した。

5月28日(土) 特 長
 ガバナーが使えそうになってきましたので本ガバナーの特長等を書いてみました。

1) 本ガバナーはPID制御以外に 「ダンパー機能」を組み込んでいるので、感度(精度)が高い割にはハンチングが
   発生しにくいです。
2) ガバナーモードと通常モードの切り換えをいつでも出来ます。
3) 約0.6秒以内に目標回転数に到達できなかった場合はその時点から2倍加速に切り換えて追従します。
4) 回転加速中は点灯、減速中は消灯、バランス(±30回転以内)時は点滅と LEDで表示します。
5) ガバナーを機体取付け時、ホールセンサと磁石の極性合わせを LEDの点滅で確認することができます。
6) ガバナー運転から通常モードに切り換えた時の回転数の急変を抑えるために約1秒のディレーがかかります。


改善したい所
1) 現在の電動アンプの回生ブレーキはガバナー使用に対応できていないので(エンジン)ブレーキが使えません。
   リニアーに効くブレーキ付きアンプがどこなにないかなー。 (^.^;


モニター各位様
   ガバナーをバージョンアップし、下記を改善しました。 必要な場合は連絡を下さればバージョンアップした
   マイコンを送りますので交換してください。

 改善内容
   ・時々動作がおかしい(ハンチングが発生したかと思えばいつの間にか直っている)バグを修正しました。
   ・磁石極性確認のために ホールセンサの上に磁石がくるとLEDが消えるようにしました。
   ・ガバナー動作から通常運転に切り換えた直後に回転が急変しないように、エンコンに最大1秒のディレーを
     入れました。
5月19日(木) ガバナーの需要

パターン演技がうまい人(選手権並みの実力者)は、スロットル操作ができるのでガバナーは必要ないと言うし。 スロットル操作をあまり気にしない人(所謂お上手でない人)はガバナーの必要性がわからないと言うし。

そして ガバナーを必要と
している方は、それなりの腕を持っておられるが指のスロットル操作精度に納得がいかない方々のようです.。 ガバナーのモニター様からの報告により改良点も見えてきましたが、それは置いといて 殆どの方からスロットル操作が大変楽になり、飛行機が飛ばしやすくなった。 と承っております。

そして ・・・ ガバナーはまだ進化中です。 (^.^;
4月3日(日)ほぼ完成
 宙返りの下りで通常モードに切り換えて演技すると問題はないのですがフル ガバナーモードで演技すると下図のように、宙返りの抜けで数サイクルハンチングが発生していました。 ところがダンパーを付加すると感度をある程度まで上げてもハンチングを発生しにくくなり、性能のよいガバナー動作が期待できます。

ガバナーをテスト中のVOYAGE
 170 cdi

そこでF3Aトップレベル選手のエンコン操作用右親指を手に入れたい! と言うことでエンジンガバナを思考錯誤しています。 (^.^;

ヘリ用のガバナーは市販されていますが、それをF3A飛行機用としてとして使うには少々機能不足、そこで自分で作ることにしました。 ガバナーは動作的には高度なサーボ制御ですのでその基本であるPID制御(P:比例、I:積分、D:微分)で取り組みました。 

エンジンはFA用サーボ制御に較べて応答が非常に遅いので制御が難しいですが、ダンパー機能を加えることで、機能を果たすようになってきました。(2011. 3.12)

3月7日(月) 両波ダンパー
 ガバナーの精度を向上するとハンチングが付きまといますが、車のサスのダンパーと同じような機能をガバナーに組み込んでみました。 最初は半波ダンパーだけでしたが、それでもかなり効果が出たので、どうせやるならと 両波のダンパーにしてみました。 ・・・・・・・・・・ かなり良いです。
そろそろ誰かに使ってもらっても良いかなー思います。 3月一杯を目標に配布したいと思いますので もう暫くお待ちくださいマセ。 (^.^;  

新しいガバナーはこんな感じ
 スロットル対回転数は一般的なスロットルカーブに合わせ、最高回転数までは要らないので実用的な回転数に抑えたセットにしてフライトしてみました。

 回転変化をガバナーが ビシーッと抑えてくれます。 ペガサスは電動モータですが まるで4サイクルのようなフィーリングです。 もし4サイクルエンジンにこのガバナーを使用すると、よりトルクフルな安定した回転フィーリングになるのではないでしょうか。
また電動機はスタート時と演技終了時で電池電圧が低下するので スロットルの位置が大きく変化しますが、それすらカバーしてくれています。 機体が上昇中であろうと下降中であろうとスロットル位置 =そこの回転数±30回転以内に抑えてくれますので とても飛ばしやすくなりました。 しかし他の改善課題も少し見えてきました。

ところが実際の回転数は左下表のように機体の上昇、下降等の外乱に影響され、大きく変化しています。 外乱の影響が小さい方から 1)4サイクルエンジン、 2)2サイクルエンジン、 3)電動モータ の順になると思います。

(回転数が上下)

ガバナーを機外において調整しています。 

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