Skaitmeniniai inercinės orientacijos moduliai (IMU) yra sistemos, kurios naudoja inercinius jutiklius (akselerometrus ir giroskopus) ir skaičiavimo įrenginį objekto padėčiai, greičiui ir orientacijai erdvėje nustatyti.
Jie veikia matuodami objekto pagreitį ir kampinį greitį trijų ašių atžvilgiu ir dažnai apima magnetometrą ir barometrą, kad būtų didesnis tikslumas. Tokie moduliai naudojami robotikoje, navigacijoje, geoprinių vaizdų kūrime, autonominėse transporto priemonėse ir kitose srityse, kur reikalingi tikslūs judėjimo duomenys.
Veikimo principas
Matavimas:
Inerciniai jutikliai (dažniausiai MEMS akselerometrai ir giroskopai) registruoja pagreitį ir kampinį greitį išilgai trijų ašių (X, Y, Z).
Skaičiavimas:
Didelio našumo skaičiavimo įrenginys gauna duomenis iš jutiklių ir apdoroja juos, naudodamas Niutono dėsnius, kad nustatytų objekto padėtį, greitį ir kryptį.
Tikslumo gerinimas:
Papildomi jutikliai, tokie, kaip magnetometras (krypčiai nustatyti) ir barometras (aukščiui nustatyti), gali būti naudojami tikslumui pagerinti ir galimoms klaidoms ištaisyti.
Integravimas:
Apskaičiuoti duomenys perduodami į valdymo sistemą arba naudojami navigacijai, pavyzdžiui, autonominėse transporto priemonėse.
Tipai ir taikymas
Inercinės navigacijos sistemos su dirželiais (SINS):
Labiausiai paplitęs šiuolaikinių modulių tipas, kuriam nereikia girostabilizuotos platformos.
Taikymas:
Robotika
Autonominės transporto priemonės (pvz., kasybos sunkvežimiai)
Geografiniai tyrimai ir geofizika
Geležinkelių transportas
Aviacija (inercinės atskaitos sistemos, INS)
Elektros varikliai su „skaitmeniniu komutatoriumi“ yra bešepetėliniai nuolatinės srovės varikliai (BLDC), kuriuose vietoj mechaninio komutatoriaus naudojama elektroninė valdymo sistema.
Tai reiškia, kad srovės komutavimas apvijose (srovės krypties perjungimas) atliekamas ne mechaniškai, naudojant šepečius ir komutatorių, o elektroniniais komponentais, o tai padidina patikimumą, sumažina nusidėvėjimą ir leidžia tiksliau valdyti variklį.
Pagrindiniai skirtumai nuo klasikinio šepetinio variklio:
Komutatoriaus tipas:
Komutatorius: jei mechaninis, tai susidėvi dėl šepečių trinties ir reikalauja priežiūros.
Bešepetinis: elektroninis (skaitmeninis), neturi judančių dalių, todėl yra patvaresnis ir patikimesnis.
Konstrukcija:
Mechaninis komutatorius: apvija ant rotoriaus, magnetai ant statoriaus.
Bešepetinis: magnetai ant rotoriaus, apvija ant statoriaus.
Bešepečių variklių privalumai:
Didelis patikimumas ir ilgas tarnavimo laikas.
Mažas triukšmas ir vibracija.
Didesnis efektyvumas ir energijos vartojimo efektyvumas.
Galimybė tiksliai valdyti sukimosi greitį ir sukimo momentą.
Paskirtis:
Dėl savo privalumų bešepečiai varikliai plačiai naudojami šiuolaikinėse technologijose, pavyzdžiui:
Buitiniai prietaisai (skalbimo mašinos, dulkių siurbliai).
Elektriniai įrankiai ir elektrinės transporto priemonės.
Kompiuterinė įranga (ventiliatoriai, kietieji diskai).
Skrydžio valdiklis, valdomas specializuotos programinės įrangos, yra drono „smegenys“. Jis gauna duomenis iš jutiklių, juos apdoroja ir duoda komandas pavaroms (pvz., greičio reguliatoriams) stabilizuoti ir valdyti skrydį.
Speciali programinė įranga nustato skrydžio procesą: nuo stabilizavimo vietoje iki sudėtingų autonominių misijų atlikimo nurodytose koordinatėse.
Skrydžio valdiklio funkcijos:
Stabilizavimas:
Nuolat koreguoja drono padėtį erdvėje, naudodamas akselerometro ir giroskopo duomenis.
Navigacija:
Naudoja GPS ir magnetometrą, kad nustatytų tikslias koordinates, aukštį ir kryptį, leisdamas jam skristi iš anksto nustatytu maršrutu.
Autonomija:
Leidžia dronui atlikti misijas be žmogaus įsikišimo: pakilti, skristi maršrutu, išvengti kliūčių, grįžti į pradinį tašką ir nusileisti.
Bendravimas su periferiniais įrenginiais:
Suteikia komandas elektroniniams greičio reguliatoriams (ESC), kurie valdo variklius, taip pat gali bendrauti su kameromis, stabilizatoriais ir kita įranga. Kardano stabilizatorius naudoja motorizuotas svirtis ir jutiklius, kad mechaniškai stabilizuotų kamerą, pašalindamas rankos judesių sukeliamus virpesius ir smūgius, kad būtų sukurtas sklandus, profesionaliai atrodantis, vaizdo įrašas.
Specializuota programinė įranga ir valdikliai
„ArduPilot“:
Atvirojo kodo programinė įranga, skirta daugelio tipų valdikliams, palaikanti platų funkcijų spektrą įvairioms užduotims atlikti.
„PixHawk“:
Populiari aparatinės įrangos platforma, kuri valdymui naudoja „ArduPilot“ arba „PX4“ programinę įrangą.
„MultiWii“:
Kita, gerai žinoma, atvirojo kodo programinė įranga.
„DJI“:
Integruoti sprendimai, apimantys tiek skrydžio valdiklius, tiek patentuotą programinę įrangą.
Didelės spartos duomenų magistralė, jungianti jutiklius su pavaromis, vadinama lauko magistrale (pramoninėje automatizacijoje) arba CAN magistrale (automobilių elektronikoje).
Šios magistralės leidžia įvairiems elektroniniams įrenginiams, jutikliams ir pavaroms keistis informacija realiuoju laiku, kad sistema veiktų sinchronizuotai.
Lauko magistralė:
Terminas, vartojamas pramoninėje automatizacijoje, reiškiantis tinklą, jungiantį valdiklius su lauko įrenginiais, t. y. jutikliais ir pavaromis.
CAN magistralė (valdiklio srities tinklas):
Standartas, plačiai naudojamas automobiliuose ryšiui tarp kelių elektroninių valdymo blokų (ECU), jutiklių ir pavarų. Jis renka signalus iš jutiklių ir siunčia komandas pavaroms, užtikrindamas tinkamą visų transporto priemonės sistemų veikimą.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą