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Kopter, Quadrocopter, Quadrokopter, MultikopterWas ist dasEin Quadrocopter, Qudrokopter, Multikopter oder Schwebeplattform, ist ein Luftfahrzeug, das vier oder mehr in einer Ebene angeordnete, senkrecht nach unten wirkende Rotoren oder Luftschrauben (Propeller) benutzt, um Auftrieb und durch Neigung der Rotorebene auch Vortrieb zu erzeugen. TechnikSteuerung durch Schubvariation und DrehmomentverteilungDer Vorteil dieser Bauweise liegt darin, dass alle drei Achsen allein durch Variation der Dehzahl der Luftschrauben beinflußt werden können, wenn die Drehrichtungen geeignet angeordnet sind. Aufwändige Taumelscheiben wie bei einem Hubschrauber sind damit nicht notwendig. Auch entsteht keine Drift wie bei der Heckrotor-Konfiguration und bei der Steuerung treten kaum asymmetrische Artefakte aus Kreisel-Effekten des Rotors auf. ![]() Antrieb eines Quadrokopters Anhand der Grafik wird das Zusammenwirken der Rotoren deutlich (1 in Flugrichtung):
Elektrische Stabilisierung mit Hilfe von Lage SensorenGrundlage für die Entwicklung der Modell- Quadrokopter sind Fortschritte in der Elektronik und Sensorik. Das Zusammenspiel von GYRO und ACC zur LagebestimmungDer wichtigste Sensor in einem Kopter ist der Gyro (Gyroskop). Dieser liefert als Messwert die momentane Winkelgeschwindigkeit aller drei Achsen (x-Roll, y-Nick, z-Gier). Diese Messwerte werden in regelmäßigen Abständen addiert (integriert). Man erhält als Ergebnis den momentanen Winkel, ohne jedoch einen Bezugspunkt zu haben. Außerdem kann dieser Winkel nicht über einen längeren Zeitraum absolut auf einen Startwinkel bezogen werden. Der Winkel driftet langsam, resultierend aus Messfehlern und ungenauem Nullabgleich. Das zweite Problem stellt das Koordinatensystem der Messungen dar. Der Gyro-Sensor erfasst seine Meßwerte immer bezogen auf seine eigene aktuelle Lage. Wir benötigen als Zielkoordinatensystem aber das Weltkoordinatensystem, bezogen auf die waagerechte Erdoberfläche. Das transponieren mit Hilfe einer Drehmatrix ist sehr rechenintensiv und erfordert einen sehr schnellen Prozessor. Bei kleinen Winkeldifferenzen zwischen den Koordinatensystemen gibt es jedoch auch ein einfaches Näherungsverfahren. Diese sogenannte Achskopplung wird in diesem Projekt angewendet und funktioniert hinreichend genau um damit einwandfrei zu fliegen. Die langsame Drift der Winkel kann mit der Datenfusion aus dem ACC-Sensor (Accelerometer) kompensiert werden. Dazu misst man die Beschleunigungen aller drei Achsen und berechnet daraus einen gefilterten Erdbeschleunigungswinkel. Der Gyro-Winkel wird für die sogenannte Driftkompensation ständig dem ACC-Winkel nachgezogen. Das Ergebnis ist dann der x-Roll und y-Nick Winkel bezogen auf die waagerechte Erdoberfläche. Genau diese Werte benötigen wir, für die darauf folgende Flugstabilisierung mit Hilfe der Regelungstechnik. |
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