エンジンガバナー
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その2

2013
6月16日(日)
 ハンチング対策

最近、特にベルトダウン型モータにガバナーを使用した場合、低中速域でハンチングが出やすいというクレームがありましたので その対策方法を載せました。

1) ハンチングはアンプのブレーキがリニア変化でなく、単純なON/OFF制御のためガバナーを連動すると発生
   しやすくなります。 この場合単純にアンプのブレーキ(率)設定を下げればハンチングは収まりますが
   ブレーキもそれなりに効かなくなります。

2) ブレーキは従来通りに効かせたいという場合は、下の対策が良いです。
 ・ ブレーキ(率)は高く設定したままで、ガバナーのスロットル範囲から(電子)ブレーキ機能を外すとハンチング
   しません。 その方法は。
(6/18 以下変更)

 @ 通常の設定のまま手動モードでプロポ、受信機の電源をONし、モータアンプを正常状態で立ち上げます。

 A スロットルは最下位置のまま、AFRのスロットル最下ポイントを、モータが回り出す位置まで上げて行きます。
   初期値は-100%で、私の場合はー82%まで上げてモータが回りだしました。(下図参照)

9月3日(土) ガバナーの最終版 完成
 本ガバナーの特長であるダンパー機能はなんと単純なタイマー式でした。(^.^;  これを回転変化から精度良く算出する方法にプログラムを改良してきましたが、これがやっと完成しました。 これにより応答性がグーンと良くなり、試験していて今までとは違うという手ごたえがあります。 v(^-^)v

ヘリの場合、ロータの慣性モーメントが大きいので市販のガバナーで比較的容易に動作しますが、飛行機の場合、そのまま積んでも容易には働きません。 ハンチング、応答の悪さ に悩まされることでしょう。
これを飛行機でも自然に機能するようにした主要素が「ダンパー機能」になります。

テストフライトで最終確認したあと、申し込んだ方々へ順次お送りしたいと思っていますが台風12号の影響で今日、明日のフライトは無理ですよね。

希望者が増えてきましたので磁石、ホールセンサ(右写真)をまとめて手配入手しました。 申し込まれた方で、ご希望なら一緒にしてお送りできますので、その場合はご連絡をください。

2014
6月19日(木) ジェミニ 160 水平対向エンジンでハンチング

 4月末、ジェミニ160エンジンを載せたスケール機でハンチングが出たと報告を受けました。 一般的なF3A機に比較して中速域の応答が良い水平対向エンジンということを想定し、シミュレータをそれに合わせて調整してみると中速域でハンチングが出やすいことが判ってきました。 最高回転8850rpmとした場合、5000〜6500rpm付近でハンチングが出やすくなっていました。

今回、この回転域のゲイン最適化を見直し、ハンチングを抑える調整をし
V16版に改版しました。 以前のV15版で正常に動作している場合、V16版に交換しても特性の変化はありませんが、上記中速回転域でハンチング気味の場合、V16版にするとハンチング兆候が抑制されます。
 

ガバナーを使って壁を克服 (*^_^*)      岐阜RCFにて

B 機体側の電源を一旦OFFし、以上の状態でガバナーの初期設定を通常の方法で行います。

C 初期設定後、プロポを以前の状態(AFR スロットルの最下ポイントを -100%) に戻してください。

   以上で設定は完了です。 ガバナーのスロットル制御範囲からブレーキは除外されています。
   アンプのブレーキはスロットルが最下の時(下図矢印部)のみ、働きます。 ブレーキ値を好みの値に調整して
   ください。

ホールセンサ 
 φ6.4 x 10mm 円柱型

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まとめ版

9月10日(日) テストフライト Good!
 伸びにのびていた最新版のガバナーのテストフライトをやりました。
ハンチング: 新ダンパーの効果バッチリ、 ハンチングが全く出ません。
応答速度:  いままでも市販品よりは応答は良かったのですが、更によくなっています。 

これで自信を持って完成!です。
申し込まれた方、お待たせしました。 明日から順次、海外を含め発送する予定ですので楽しみにお待ちくださいませ。

まとめ版

10月25日(火) バージョンアップ
 V13版に改版しました。 内容は以下の通りです。
1)スロットルスティックへの応答反応を改善し 回転全域をガバナーモードで動作してもストレスなく反応する
  ようにしました。
2)電源電圧を 4.8V〜6.0Vから ハイボルテージ 4.8V〜8.5Vまで拡張しました。
3)使用条件により電源ON直後から数秒間、サーボの動作が不安定になるというバグを修正しました。

旧版については1、3)項のみバージョンアップ可能ですのでご連絡ください。 2)項は対象外です。(要相談)

10月31日(月) 追記
 バージョンは右写真を参照ください。 銘記のないものはV10版以前
です。

11月13日(日) バージョンアップ V14版(仮)
 いわたRCの古○さんのDZ170グローエンジンにおいて 4000rpm未満の回転数でハンチング現象がありましたので その対策を実施し、 V14版に改版しました。 
似たような現象で悩んでおられる場合はご連絡をください。 旧版マイコンと交換でV14版マイコンをお送り致します。

12月18日(日) エンジンもフルガバナーで使用可に。  V14版(正式)
 通常モードからガバナーモードに切り替わるとき、機体の上昇時と下降時では設定回転数のつながり
が変化する等で違和感がありました。
今回、回転数全域で安定してガバナー動作するようになったのでスロットルの最下のみ通常モード、
2コマ目からガバナーモードとして動作できるようになり、安定した動作ができるようになりました。 
モータの場合は、以前からフルガバナーで問題なかったのですがエンジンにはこの問題が残っていました。

古いバージョンで以上の問題でお困りの方は、無償対応しますのでご連絡をください。
また、ついでにハイボルテージに変更したいという方はガバナー本体をお送り頂けば無償改版します。
 (郵送料のみはお願いします)

2012
1月15日(日)
 ガバナーの効能
 ガバナーについてRC技術誌の取材があるということでガバナー使用者が多い岐阜RCFにお邪魔しました。 ガバナーの効能について新たに気づいたことがありますので公開したいと思います。

その前に、ガバナーは選手権常連者には無用、これから伸びる若人には上達の邪魔になるのでおすすめできませんねぇ。 しかし上達に限界、壁を感じられている方には大変有効だと思います。

8月 7日(火) 熱の影響
 最近、ガバナーの動作異常の報告が数件続いていました。 先日のある大会でその様子を見ていましたがその症状から判断して回転信号が不安定になっていることが判りました。 その症状もエンジンやモータの熱が溜まるタイミングのようです。 磁石を埋込んであるスピンナーに触れてみるととても触れない高温になっていました。
現在使っている磁石は耐温度80度のネオジ磁石ですのでアウトの状態だと思います。

さっそく磁石を耐温度の高い(300度程度)のサマコバ磁石に変更しようと思います。 磁力は30%程度落ちますが問題ありません。 ネオジより高価なのは仕方ないですね。

同様の問題でお困りの方は、連絡頂けばサマコバ磁石(Φ4x4)をお送り致します。(手持ちが無くなり次第ゴメンなさいということで)

現在使用中のネオジ磁石。
メッキしてあります。

これに変更予定、サマコバ磁石。
錆びにくいのでメッキされていません。

9月20日(木) モータ用 V15版完成・・・・?
 応答を大幅に改善したガバナーV15版が完成しました。 機体の降下後の水平移行での回転のもたつきやスティックに対する応答が大幅に改善できました。 又低回転での回転のうねり波も押さえました。
週末には誰かのエンジン機で検証したいなーと思っていますので 宜しくお願いします。

誰かからガツンと応答するようにして欲しいと伺いましたので、こんかい独特の追加機能を まんま GAT機能ということにしました。(^^;

応答速度で3倍改善されており
、当初の目的どおりに改善でき
ました。
欲を出して更に6倍まで上げて
みたのですが、下記の組み合
わせ(フタバのアンプ+
Dee-Force20極モータ)で脱調
現象が頻繁に出るので3倍に
抑えました。
12月 9日(日) V15版の反響です。

 
レスポンス性能を改善した 新V15版になって ユーザの反響を抜粋して
みました。

1)応答が早くなったのでスロットルの操作は ±1ノッチ以内でよくなった。
  非常に等速感が出しやすくなった。

2)
非常に使いやすくなったと感じます。
  下降から1/4の切り替えし、ロールの切り替えしがストレス無く演技
  することが出来ました、全ての下降からの引き起こしが良いです。

3)
みんなと、全く一緒の感想だね、降下からのポイント切り返しが良いと
  言う事は、全ての演技に関係しレスポンスが良いのです。

  記)上は 技量をお持ちの上での意見だと思います。 
気付いたこと3点

1) ガバナー(SW) ONでスロットル(回転数)全域をフルガバナーで設定し、最低回転数を3000rpm台にしておくとアイドル回転にするよりブレーキがよく効いていました。
又、機体降下後の水平でのもたつきがなく、機体の座りが選手権選手の雰囲気でした。

2)最低回転数を3000rpm台にしておくと、ストールの失敗がなくなり、100%成功するそうです。
  スピン時もブレーキがよく効き、これで問題ないそうです。

3)水平、上昇系の演技はスロットルスティック(=基準回転数)は、固定位置のままいじらない方が選手権選手の雰囲気(=等速感)で演技できるようです。
 手前味噌ですが、レスポンスを約3倍にすることで V14とは別物になったような感じ
 です。  上の感想はJRA の MD, SMをお持ちの方々からの感想です。
 古いバージョンを眠らせている方にはバージョンアップをお勧めします。

 私は、前のV14版で満足していたのですが腕のある方は違いますね。 V14版の弱点を指摘して頂いたの
 がきっかけで改善に着手した次第です。 今後も厳しい?ご指摘をお願い致します。 (^^ゞ

エンジン機と電動機のパワー・レスポンスの違い

電動機は 受信機からモータアンプへ直接信号(PWM)を送るのでレスポンス遅れは殆どゼロです。
エンジン機は 受信機からサーボへ信号を送りサーボの機械的動作による遅れの後エンジンのキャブを駆動します。 この実効遅れは 0.06秒程度でしょうか。(一般的に使用されているフタバ デジタルサーボで) 



プログラムの内容あらかると

少数の扱い: 8ビットマイコンを使用していますが、基本命令に掛算、割算はありません。 しかしこの機能は必須ですのでサブルーチンとして作っています。 そこで問題になるのが少数の精度をどうするか・・ (^^ゞ
結論は分解能を1/256! と決めたところ、計算が非常に楽になり速くなりました。 実際にこの精度で充分に機能しています。
例えば 十進で0.5は このマイコンでは 整数ビットは0、少数は 128(16進で80h) となります。 判るかな〜  (^^ゞ

桁数: ビット系は8ビット、 通常の数字は16ビット、 掛算割算の入力は16ビットで結果は24ビット、 積分は24ビットで扱っています。

割込み: ガバナーで扱っている信号に入力では ・モータの回転周期測定 ・受信機からのスロットル信号幅測定 ・ガバナー信号幅測定、 出力にスロットル出力信号があります。
スロットル信号とガバナー信号は主ルーチン内で順次測定しますが、回転信号はいつ発生するか判らないので割込みを使用しています。

タイマー: マイコンの命令周期は 0.2μです。 回転周期を測定するタイマーは1.6μs、 他の信号幅は 0.4μs単位で測定・処理しています。

信号幅誤差: スロットル信号幅測定中に、割込みが発生した場合、殆どは大丈夫なのですが信号幅を捕らえる前後の僅かな時間に割込みが発生すると幅測定データに誤差が発生します。
例えばスロットル信号は1.2ms〜1.8msで変化し(変化幅±300μs)、ガバナーが読取る分解能は0.2μsです。 そこに割込みが影響するとタマーに 10μs程度バラツキが出てきますが実質は体感できる値でありません。

10月 8日(水) やっと完成
 
回転変化に対する応答速度はすでに完成に近かったのですが他の機能(ダンパー等)との整合性を詰めるのに時間がかかりました。 また電動機だけなら調整は簡単だったのですがレスポンスが電動に対して劣るエンジン機も同レベルに調整するためにチョットてこずりました。

結果は前V14版の場合、機体降下から水平に移行するときの回転が少しもたついていましたがV15版ではかなり改善されています。 ついでに低回転域の回転のブレも少し滑らかになりました。

ガバナー開発時のモニター様で、ご希望があればV15版のマイコン(IC)と透明チューブをお送りしますので、連絡をお願いします。
9月26日(水) 正道法で改善
 
今思えばガツンは邪道でした。 今回は常道に戻り、右表のように従来の階段状黒点の積分倍率カーブを橙々の線のように近似EXPカーブで最適化してみました。 
何と、これだけで実質応答速度が約3倍に改善できました。

週末はこの改善内容で実機テストしてみたいと思います。


これならエンジンの回転ムラは殆ど影響しないので良いかも知れませんね。
9月12日(水) 応答速度の改善
 機体上昇後の水平飛行の頭で負荷が軽くなったことによりプロペラの回転数が数秒間、若干高くなるとか、機体降下後の水平飛行の頭で回転数が若干低くなり、回復するまで数秒かかる現象があります。 
これは負荷が大きく変化することにより、ガバナーの応答が遅れる現象です。 

 その対策がどうにか完成しました。 上記現象で回転数が完全に復帰するまで1.5秒かかっている場合、改善後のガバナーでは 0.3秒程度で即時に回復するようになりました。 これは回転変化(現状は120rpm)の入り口でそれより前5回転分の回転変化動向を分析し、スロットルの動作分を予測動作させる方法で成し得るようになりました。

しばらくは愛機PEGASUSでデータを取り、その後あちこちで使ってもらいたいなー と考えています。

右写真は実験に使っているモータ・プロペラのダミーのマブチモータ(540)です。  

モータアンプ コネクタの接点がガバガバになっていました。 新しいコネクタに交換して一件落着

2012
7月 9日(月)
 性能改善の要望
 ガバナーの応答を改善してほしい という内容の要望が最近数件寄せられています。
手動の場合、旨い選手は 機体の上昇、下降による負荷変動を予測してスロットルを制御しています。 しかしガバナーの場合は回転変化を検出した後、フィードバック制御に移りますので必然的に遅れが生じます。

理屈はどうでもよい、応答をもっと早くせい! ヽ(`Д´)ノ
とういうことで 今秋を目処に応答を現状の3倍を目標に改善したいなー と思います。 
どうか 長〜い目でお願いします。 (^^ゞ 
4月19日(木) 変な動き????
 日曜日の4フライト目から変な動きが出始めました。 機体上昇から水平に移行するとき一瞬、モータが停止するのです。 ガバナーのマイコンを交換してみましたが現象は消えません。
ガバナーの回路がおかしくなったのかしらん ・・と思い直接モードで飛ばしましたが、直接モードでも同じような現象が続きました。 これでは練習にならないのでこの日はフライト終了です。

本日、改めてチェックしたところガバナーの出力を受けるアンプのコネクターが緩いことが判りました。 
9月22日(土) 甘くはなかった (;゚Д゚)!
 
4st DZ170, 大型2st 30ccエンジンでテストしてもらいましたが新機能(ガツン機能)に期待を裏切られました。 4サイクルはフライト中に1,2回 誤動作が見まれますが実用上は殆ど判らない程度です。 しかし2サイクルエンジンでは使い物になりませんでした。 原因は回転の振れ、バラケです。 モータの場合はこの振れがないので問題なく働くのですがエンジンでは そうは行かないようです。 

方式から もう一度見直したいと思います。
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