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XMegaGimbal


Bild XMegaGimbalControl Oben (73k)
XMegaGimbalControl von Oben V1.1

Beschreibung

Hier entsteht ein neues Unterprojekt, eine Brushless Gimbal Steuerung.
Diese Kamerastabilisierung erfüllt schon jetzt folgende Kriterien:

  • Bis zu 3 Achsen können angesteuert werden.
  • Durch hohe PWM Auflösung sehr genau Positionierung.
  • Skalierbare Motortreiber für unterschiedliche Kamera-Massen.
  • Lage-Regelung mit MPU6050 auf der Kameraplatte.
  • 4 zusätzliche Servos für Objetivsteuerungen.
  • Schaltkanal zum Auslösen der Kamera.
  • Abmessung der XMegaGimbalControl 50x50 mm.
  • Abmessung des optionalen XMegaGimbalDriver 29x22 mm (Z-Achse).
  • Betrieb mit 2S-5S Lipo-Akku (Spannungsüberwachung mit autom. Abschaltung der Motoransteuerung).
  • Automatische Erkennung der Zellenzahl.
  • Bis zu 3A pro Motor.
  • 16 kHz PWM mit 12 Bit Auflösung (2048 Stufen).
  • 1000 Hz Regelfrequenz.
  • Alle Achsen über Fernsteuerung beeinflussbar.
  • Relativ, Absolut und Fix Mode an den Fernsteuerkanälen getrennt einstellbar.





Bilder

Bild XMegaGimbalControl (92k)
XMegaGimbalControl
Bild XMegaGimbalDriver (27k)
XMegaGimbalDriver als Option
für die 3. Achse



Entwicklung

Motoransteuerung

Die Motoren werden mit einem 256 Steps 3 Phasen PWM Signal angesteuert.
Die Auflösung entspricht also bei einem 12 poligem Motor:
12*256 = 3072 Schritte pro Umdrehung.

Ich habe die Motoransteuerung weiter verfeinert.
Die PWM liegt nun bei 16 kHz, so das kein störendes Pfeifen auftritt.
Dann wurde die Auflösung auf 1024 Schritte erweitert.
Es sind nun also 12*1024 = 12288 Schritte pro Umdrehung.
Das ergibt eine Ansteuergenauigkeit von 0,03 Grad.
Außerdem lassen sich 16 Power Stufen einstellen, so das der Motor immer mit dem richtigen Dehmoment versorgt wird.
Der XMega Prozessor zahlt sich hier aus, das wäre mit einem ATMega nicht möglich.



Lage Bestimmung

Hier werden meine Erfahrungen aus dem Kopter Projekt eingesetzt.
Die Routinen kann ich also 1:1 übernehmen.

Das XMegaTool kann nicht nur für die Konfiguration der Kopter-Platinen eingesetzt werden,
sondern auch das Gimbal einstellen.



Lage Regelung

Jetzt noch ein PID-Regler und die Sache läuft auf der ersten Achse.
Inzwischen habe ich den PID Regler um einen weiteren Regler erweitert,
so das Probleme mit größeren Massen auch behoben sind.
Ein Schwingen kann jetzt wirkungsvoll unterdrückt werden.

Die weiteren Achsen sind dann völlig identisch.


PPM Fernsteuer-Eingang

Nun lassen sich 3 Fernsteuerkanäle zu den 3-Achsen zugeordnen.
Es ist eine feinfühlige und sehr softige Steuerung der Kamera möglich.

Auch das Durchreichen von 4 Servokanälen funktioniert.


Erste Versuche mit einem GoPro Prototyp-Gimbal

Alles funktioniert wie erwartet.
Hier werden 2 BL-Motoren angesteuert, wobei die Lagestabilisierung hervorragend arbeitet.


Achstransformation

Beim Nicken der Kamera nach unten gibt es das Problem, das sich die anderen Sensorachsen zu den Motorachsen verschieben.
Steht die Kamera zum Horizont ist die Rollachse noch mit der X-Achse des Sensors in Deckung.
Wird die Kamera zum Boden genickt, dann verschieben sich die Sensorachsen so, das die Z-Achse des Sensors langsam zur X-Achse wird.
Für die Gier Achse (Z) ist es genau umgekehrt.
Das Entgegenwirken übernimmt die Achstransformation, welche die Achsen des Sensors immer auf die Motorachsen umrechnet.


Alles verbaut im QAV500

Als nächstes wird alles im QAV500 geschraubt.
Das Ergebnis seht Ihr in folgendem Video.