Faire d'un gyromètre un gyroscope

[invite0b985a93]

Bonjour à tous,

Voilà. J'ai comme projet de réaliser un "ordinateur de bord" pour avion télécommander. Donc je suis à la recherche des capteurs pour mesurer tout une série d'éléments. Alors pour le moment je bloque un peu sur le gyromètre.

Pour mesurer l'inclinaison (X, Y) de l'avion je comptais utiliser un gyroscope 2 axes pour connaitre les angles d’inclinaison. Mais dans les revendeurs habituels (Farnell et Mouser) je n'ai trouvé que des gyromètres (calcul la vitesse angulaire).

Alors, je voulais savoir s’il était possible de mesurer l'inclinaison avec un gyromètre. (En intégrant les données ?)

Merci de votre aide
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[invite88c92d74]

Bonjour,

Il me semble que tu peux calculer l'inclinaison à partir d'un gyromètre et d'un accéléromètre.
Jettes un oeil sur les forum de construction de robots (en particulier les drones, qui souvent "doivent" se stabiliser tout seul).

Sinon, les inclinomètres existent, mais c'est cher

[invite0b985a93]

Merci pour ta réponse.

Le problème c'est que je ne trouve pas bcp d'information sur ce domaine. Et en plus la plus part des constructeur de CI indique gyroscope alors que plus bas ils parlent de vitesse angulaire.

Bon j'ai chercher un circuit qui pourrai convenir. Je propose celui-ci: LPR503AL
Peut-il convenir ?
Pour l'intégration des donner (si il doit en avoir une), est-ce que un simple AOP monté en intégrateur peut suffire ?

Merci de votre aide

[invite88c92d74]

Comme dit dans mon premier post, tu peux utiliser un gyroscope et un accéléromètre.
Je ne connais pas les gyroscopes, mais je pense que ton composant peut convenir (attention: c'est pas un boitier DIP, je ne sais pas comment tu soudes?).

Un lien qui peut te servir: http://robotique.inraci.be/gyro_259.htm

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0324077b]

un gyrometre ne donne que la vitesse angulaire , donc il faut integrer , et un bon integrateur avec un bon ampli op peut le faire

le premier probleme est la precision du gyrometre ... si il n'est pas assez precis le resultat de l'integration sera catastrophique

le 2eme probleme est que la rotation ne se fait pas dans un axe unique ... ca tourne dans tous les sens a la fois et il faut integrer dans tous les sens

il faut donc 3 gyrometre , et un calculateur assez performant pour essayer de garder le nord , helas les circuit integré gyrometre ne sont pas assez precis : ca va deriver et on ne saura plus ou est le haut le bas ni le nord

il y a la pesanteur qui indique ou est le bas : il faut donc en plus un accelerometre 3 axe qui indique ou est le bas : l'accelerometre ne suffit pas , il donne n'importe quoi quand il y a acceleration , mais quelque soit les acrobatie , l'acceleration est toujours plus forte vers le bas en moyenne : l'accelerometre est un moyen complementaire des gyrometre qui ne donne pas le bas instantanement mais juste une information pour eviter au gyroscope de deriver

un capteur de champs magnetique peut donner le nord et eviter la derive dans l'autre sens

ce n'est pas simple

[invite88c92d74]

Merci pour ces infos, même si ce n'est pas mon projet

[invite0b985a93]

Ok ca se complique là !
Il n'existe pas un tuto permettant de réaliser un gyroscope avec le calcul a effectuer ?
Quelle type de précision je devrais avoir sur le gyromètre ?

Pour indiquer le Nord là j'ai pas de soucis pcq j'utilise aussi un module GPS pour calculer la vitesse, l'orientation et tant qu'a faire l'altitude

En tout cas merci chatelot16 pour ta précision maintenant je cible mieux dans me recherche

[vincent66]

Bonsoir
Et pour nous simplifier les choses et nous marrer un peu plus il y a le crosstalk : un mouvement purement linéaire induit une erreur dans les mesures des gyros et réciproquement une pure rotation fait déconner les accéléros..!
La solution est connue depuis des années par les militaires et ne doutons pas que par humanisme ils la mettront bientôt dans le domaine public..!
Vincent

[invite0b985a93]

Il n'existe pas, je suppose, de module tout fait, compact et par dessus tout abordable ?
Aussi non si quelqu'un aurait une ébauche de schéma, je suis preneur

@schizophrene: Merci pour ton lien vers le site de l'inraci. en plus c'est mon école ! Que le monde est petit

[invite3d2336a7]

D'un autre côté, ce n'est qu'un ordinateur de bord... Pas un drône avec pilotage automatique. Donc si t'as qques erreurs de mesures, ce n'est pas crucial. Je pense que si t'as un bon calculateur, l'intégration software est jouable, sinon, comme dit plus haut, avec un bon AOP... Tu peux aussi voir du côté des PSoC ou dsPic qui font du traitement de signal rapide...

[invite0b985a93]

Bonjour,

Faire une intégration par software, je ne sais pas comment faire ! Enfin je programme uniquement des µC PIC 8bits et je compte passer au 32bits un des ces 4
Mais pour le moment je n’ai pas encore vu de librairie mathématique me permettant de faire des intégrales Donc je me suis dis que un gyromètre analogique serai plus facile mais je n'ai aucune idée à quoi ressemble le signal de sortie de ce genre de composant !

Bon j'ai piger que je doit l’associer a un accéléromètre afin de le calibrer correctement et éviter les dérives. Mais comment je fait ?

@jonathan82: en effet je n'ai pas besoin de grande précision vu que je ne fait pas de pilote automatique (même si l'idée ma traversée la tête à un moment ^^,) mais le but est de savoir l'inclinaison de mon avion afin de pourvoir réaliser des tournants les plus à l'horizontale possible. Grâce à ça je peut diminuer la perte d'altitude en vol et planer encore plus longtemps (pour un planeur)

en tout cas merci à tous

[invite0324077b]

paradoxalement c'est plus facile de faire un pilote automatique qu'un gyroscope qui integre tous les mouvement

le pilote automatique pilote pour que ca ne bouge pas : tant qu'il reussi ca ne bouge pas trop , les axes ne se melangent pas et une integration analogique suffit

dans un microcontroleur l'integration n'est pas une operation mathematique particuliere : ce n'est que des addition et des multiplication a repeter assez souvent

le probleme des petit pic est qu'il ne savent pas faire les multiplication en une seule instruction , il faut le faire par programme c'est assez long , et pour faire une integration corecte le micro doit refaire le calcul assez vite , jai peur que ca ne suive pas ... c'est peut etre possible pour un programeur tres futé mais il est plus sur de choisir un processeur assez puissant pour faire facilement

les dspic ou d'autre marques sont fait pour le calcul : il font les multiplication et les division en un coup : il y a plus de chance d'y arriver

un processeur de pc y arrive facilement aussi mais c'est moins facile a mettre dans un modele reduit

[invite88c92d74]

Hello,

Un petit lien sur l'étude d'un accéléromètre: http://maths-sciences.net/physical-c...elerometre.htm
et le datasheet de l'accéléromètre en question: http://www.dimensionengineering.com/.../DE-ACCM2G.pdf (la page 2 te donne les références des tensions analogiques selon la position de l'accéléromètre)

Je te propose aussi le lien d'une étude d'un robot auto-balancé type Segway, comme le funambule à balancier inversé de ton école, mais avec un gyroscope et un accéléromètre: http://public.iutenligne.net/etudes_...ral/index.html

Ça pourra toujours t'aider je pense

[invitef433700c]

Les militaires ont certainement des solutions, mais je crains que ça se résume à "caractériser et compenser".

En ce qui concerne la mesure de l'attitude de l'appareil, je suggère moi d'utiliser... une boussole électronique! Mais évidemment, ça ne fonctionne pas quelle que soit l'orientation de l'appareil.

Pour un système amateur et simple, commence par le commencement: utilise uniquement un accéléro. Une fois le principe et les problèmes bien identifiés, tu peux ajouter le gyro pour améliorer le système. Une fois le gyro et l'accéléro bine maitriser, il est alors temps de faire la chasse aux performances et se pencher sur les problèmes de cross-talk, etc.

[inviteebbda12d]

Bonsoir
Et pour nous simplifier les choses et nous marrer un peu plus il y a le crosstalk : un mouvement purement linéaire induit une erreur dans les mesures des gyros et réciproquement une pure rotation fait déconner les accéléros..!
La solution est connue depuis des années par les militaires et ne doutons pas que par humanisme ils la mettront bientôt dans le domaine public..!
Vincent

On peut aussi utiliser 3 accéléromètres à 3 axes et se débrouiller avec des centres instantanés de rotation pour connaître la vitesse de rotation.
Mais ça impose pas mal de calculs sur des floats/double et des divisions, un peu dur en temps réel sur un µc), sans compter l'algo un peu compliqué.

Faire une intégration par software, je ne sais pas comment faire ! Enfin je programme uniquement des µC PIC 8bits et je compte passer au 32bits un des ces 4
Mais pour le moment je n’ai pas encore vu de librairie mathématique me permettant de faire des intégrales Donc je me suis dis que un gyromètre analogique serai plus facile mais je n'ai aucune idée à quoi ressemble le signal de sortie de ce genre de composant !

L'intégration, c'est vraiment simple. tu intègre en "escaliers", Intégrale de t0 à t1 de s(t).dt ~ somme de i0 à i1 de s(i) * T.
Quand tu échantillone ton signal, tu ne travaille plus avec une durée continue, mais avec un nombre d'échantillons discrets.

(L'interpréteur latex ne fonctionne plus ?)

[vincent66]

Bonsoir
Un algo un peu compliqué..? Ha ha ha vous m'en direz tant...! La puissance de calcul nous l'avons sous la main ... mais comment corriger l'erreur d'un capteur en se basant sur les mesures d'autres capteurs elles-même erronées..?
Vincent

[invite0b985a93]

Mais est-ce que l’accéléromètre ne risque pas de donner trop de données erronées vu qu’il est placé dans un avion en mouvement contant?

Le rôle du gyromètre est de nous donner la vitesse angulaire. Donc, pour calculer l'angle parcouru par le mobile, je dois mesurer le temps de la vitesse et en déduire l'angle parcouru! C'est bien ça?
Donc si je comprends bien, je dois additionner cette valeur à l'angle obtenu précédemment pour obtenir l'angle réel du mobile. D'où les erreurs de décalage dans les mesures dues à l’imprécision. Enfin, je suppose .
En quoi l’accéléromètre pourra me permettre d'ajuster et corriger ce décalage ?

En tout cas, un tout grand merci a tout le monde pcq maintenant, j'y vois beaucoup plus clair.

[invite0324077b]

si le microcontroleur est capable de recomencer le calcul tous les 10 ms , il lit la vitesse angulaire donné par le gyrometre multiplie par ce quil faut et aditionne l'angle de rotation calculé a l'angle precedent connu

si le gyrometr n'est pas parfait ca va deriver

si il y a un accelerometre 3 axe et si l'engin est immobile l'acelerometre indique ou est le bas ... si l'engin bouge il y a des acceleration dans tous les sens , mais il est impossible d'avoir une acceleration continue dans un sens : en moyen l'acceleration est forcement vers le bas : l'acceleration moyenne est donc un moyen de savoir ou est le bas

il faut que le gyrometre soit assez precis pour que la derive soit assez lente et puisse etre corigé par les donné de l'acelerometre

helas ce n'est pas facile et un et avec un gyrometre trop peu preci ca derive trop vite pour pouvoir coriger avec l'acelerometre

enfin ca depand de la rapidité de l'engin : si il est tres lent l'indication du bas de l'acelerometre est meilleure et on peut se contenter de gyrometre moins bon

autre probleme si ca tourne dans tous les sens l'integration du signal d'un gyrometre ne sert a rien : il faut integrer les 3 rotation d'un repere fixe , alors que les 3 gyrometre mesure 3 vitesse de rotation par raport a des axes mobile ... il faut donc faire les calcul de changement d'axe au fur et a mesure

[invitef433700c]

Reprenons:

Un accéléromètre mesure une accélération. Il n'est pas influencé par la vitesse.
Donc un avion en mouvement rectiligne à vitesse constante ne subit comme accélération que la gravité. L'accéléromètre sort 0 sur ses axes X et Y (en supposant que X soit vers le nez de l'appareil et Y vers son aile gauche.
Dans les mêmes conditions, un gyroscope 3 axes sortira 0 sur toutes ses sorties.

Supposons maintenant que l'avion vire vers la gauche. L'accéléromètre verra une accélération suivant l'axe Y, le gyroscope verra une sortie positive sur son axe X (on tourne "autour" de l'axe X) quand l'avion commence à s'incliner vers la gauche puis nulle. De même il verra une sortie négative quand l'avion revient à plat. On devrait également obtenir une sortie non nulle sur l'axe Z, mais déterminer les valeurs revient à caractériser l'avion, et là je ne sais plus faire...

Il est maintenant possible de "compiler" les sorties du gyro et de l'accéléro pour savoir si l'avion s'est contenté de se pencher vers la gauche ou s'il a changé de direction, et même s'il a "glissé".

Les calculs sont non triviaux, mais une fois fait, il ne reste qu'à rentrer des coefficients de compensation dans le µC.

Encore une fois, je conseille de commencer simple (accéléro seul, ce qui veut dire que l'avion aura un comportement médiocre en ce qui concerne les changements de trajectoires, y compris "monter" et "descendre"). Par la suite, un petit modèle sous Scilab/Scicos ou Matlab si tu as la licence pourrait s'avérer de plus en plus utile!

Enfin, tu n'es pas le premier à s'intéresser au sujet, alors un petit tour sur un moteur de recherche devrait apporter pas mal d'infos par des gens qui ont déjà passé le cap de l'implémentation (je me souviens avoir trouvé des vidéos d'avions télécommandés équipés de µC pour faire ce que tu cherches, mais au stade XL seul au moment où j'ai regardé).

[polo974]

en mettant 3 KMZ51 (de nxp ex philips), on dispose d'une boussole 3 axes.
donc d'un référentiel angulaire absolu (sauf variation du champ magnétique).

[invite0324077b]

non avec le champs magnetique terrestre on ne peut trouver que 2 axe , les ligne de champs passe dans le sens nord sud , avec in inclinaison qui depand de la latitude ... mais on ne peut avoir aucune information sur la rotation autour de cette ligne de champs

enfin si sa bouge pas trop l'accelerometre et la pesanteur peu completer

sauf que le champ magnetique terestre est faible , perturbué par tous les courant electrique qui circulent dans un engin compliqué , le champs magnetique terestre n'es pas facile a utiliser pour avoir des informatiopn rapides : les gyrometre reste le plus sur a cour terme

[invite0b985a93]

Merci a tous en tout cas pour votre aide sur ce délicat sujet
Je vais me procurer quelque composant pour faire des tests et je vous tien au courant de mes avancées
Par contre, quelle est la sensibilité que vous me conseillé pour avoir un résultat correcte a moindre cout ?
accéléromètre: +- 2G ?

[invite0324077b]

si la sensibilité etait de 2G ca ne servirait a rien
heureusement ce +/- 2 G est la gamme de mesure

la sensibilité est heureusement bien meilleure

je ne peux pas deviner quel sara l'acceleration maxi de ton engin , je ne sais meme pas ce que c'est !

de toute facon avant d'integrer il faudra enregistrer , et tu vera bien si le maximum est atteind

[invitef433700c]

Dernière chose:
Attention, la sensibilité n'est pas tout dans un capteur!

Pour du prototypage "maison", regarder un peu les dépendances en température (est-ce que les mesures vont partir en cou.....s s'il fait un peu plus chaud ou plus froid), et pour la sensibilité et l'offset, ré-étalonner à la main. C'est pas compliqué:

Prendre une moyenne sur un nombre conséquent d'échantillon avec l'axe mesuré une fois vers le bas (+1G), une fois vers le haut (-1G).
Offset= 0.5*(sortie(+1G)+sortie(-1G))
Sensibilité = 0.5*(sortie(+1G)-sortie(-1G))

Répéter pour les 3 axes.

Si le besoin de ré-étalonner ne semble pas évident, relire la datasheet (et ses typiques "offset entre -100mG et +100mG sur des accéléros grand public...).

Je ne sais pas non plus si 2G sont suffisants, ça dépendra de l'appareil et des manœuvres envisagées!
Par contre, éviter l'erreur classique: non, tu n'as pas besoin d'une grosse bande-passante! Je suis prêt à parier que 10Hz suffiraient!