Realistické RC modely

Ako funguje Piezo-Gyro?

Ano, priznávame sa a sypeme si virtuálny popol na reálnu hlavu.

Tento článok mal byť uverejnený zrejme skôr ako články popisujúce využitie gýr v modeloch lietadiel.

Pôvodne sme predpokladali, že článok popisujúci princíp činnosti piezo-gyra nie je potrebný, ale viaceré komentáre a opakujúce sa dotazy, týkajúce sa práve tejto problematiky nás presvedčili, že by bolo dobré uviesť veci na správnu mieru.

autor: Janko O.

Klasické zotvačníkové gyroskopy, alebo iné zložité gyro-systémy nie sú pre modelárske účely vhodné pre svoje rozmery, hmotnosť, zložitosť a vysokú cenu. Ale príchod piezo-gyro-senzorov otvoril cestu aj týmto pomerne zložitým zariadeniam do modelárskej praxe.

Drvivá väčšina gyro senzorov pracuje na princípe, ktorý využíva zotrvačnosť hmoty. Zatiaľ čo pri zotrvačníkových gyroskopoch sú to hmoty rotujúce vysokými otáčkami, pri piezo gyroskopoch sa využívajú hmoty kmitajúce, alebo sa využíva zotrvačnsť hmôt nepohyblivých - statických. Ich princíp aj s popisom je lepšie pochopiteľný z nasledujúcich silne zjednodušených obrázkov, ktoré ukazujú jedno z možných riešení piezo-gyra.
 

Na prvom obrázku je piezo-gyro v pokoji - bez pohybu. Či už priamočiareho, na ktorý gyro nemá reagovať, alebo rotačného, na ktorý gyro reagovať má.

O základňu gyra sú symetricky uchytené dva pružné členy, na koncoch ktorých sú zotrvačné hmoty. Eventuálny ohyb pružných členov snímajú piezo-elementy tak, že pri ohybe jedným smerom generujú napätie kladnej polarity, pri ohybe opačným smerom sa na nich objaví napätie zápornej polarity.

Tieto napätia sa privádzajú na diferenciálne vstupy operačného zosilňovača OZ, ktorý spracováva len diferenciu (rozdiel) vstupných napätí. Na rovnaké napätia rovnakej polarity OZ nereaguje. Výstupné napätie operačného zosilňovača sa privádza do riadiaceho mikrokontroléra, ktorý spracováva vstupný signál (impulzy z prijímača), koriguje ho signálom z operačného zosilňovača a generuje výstupný signál (impulzy) pre servo.

Trimrom na gyre alebo signálom riadiacim citlivosť  (účinnosť) gyra sa nastavuje úroveň signálu z operačného zosilňovača vstupujúca do mikrokontroléra. Inak povedané, nastavuje sa, ako veľmi bude signál z operačného zosilňovača ovplyvňovať signál medzi vstupom a výstupom gyra. Keďže gyro na prvom obrázku je v pokoji (rovný let), piezo-elementy "nevyrábajú"  žiadne napätie, operačný zosilňovač nemá čo zosilňovať, jeho výstupné napätie je nulové a preto vstupný signál do gyra nie je nijako korigovaný a nezmenený sa objaví na výstupe.
 

Na druhom obrázku je základňa gyra uvedená do priamočiareho pohybu v smere šípky, na ktorý gyro nemá   reagovať.

V momente uvedenia gyra do pohybu zostanú hmoty vďaka svojej zotrvačnosti na mieste a preto dôjde k ohybu pružných členov. Piezo-elementy "vyrobia" zodpovedajúce napätia. Ale keďže tieto napätia majú  rovnakú veľkosť aj polaritu, diferenciálne vstupy operačného zosilňovača na ne nereagujú a výstupné napätie OZ bude opäť nulové. Preto vstupný signál do gyra nebude nijako korigovaný a nezmenený sa objaví na výstupe.

Po chvíli sa aj hmoty v gyre dajú do pohybu a pružné členy sa prestanú ohýbať (narovnajú sa). Avšak pri zastavení základne gyra, hmoty vďaka svojej zotrvačnosti chvíľu pokračujú v pohybe, pružné členy sa ohnú, ale opačným smerom. V každom prípade, vďaka symetrickému usporiadaniu, na piezo-elementoch vznikajú napätia rovnakej veľkosti a súhlasnej polarity, na ktoré operačný zosilňovač nereaguje a na jeho výstupe je nula. Vstupný signál do gyra nebude nijako korigovaný a nezmenený sa objaví na výstupe.
 

Na treťom obrázku dôjde k rotačnému pohybu základne gyra, na ktorý gyro má  reagovať.

Vďaka svojej zotrvačnosti hmoty zostanú na svojom mieste a pružné členy sa ohnú, ale každý iným smerom. Na piezo-elementoch sa objavia rovnaké napätia ale  opačnej polarity, ktoré operačný zosilňovač spracuje. Na jeho výstupe bude kladné napätie, ktoré spôsobí, že mikrokontrolér zkoriguje vstupný signál tak, že výstupné impulzy budú širšie (dlhšie).

Pri zastavení rotačného pohybu základne gyra budú hmoty v gyre vďaka svojej zotrvačnosti pokračovať v pohybe, pružné členy sa ohnú, ale na opačnú stranu ako pred tým. Na piezo-elementoch sa objavia napätia  opačných polarít ako pred tým, ktoré operačný zosilňovač spracuje a na jeho výstupe sa objaví záporné napätie. To spôsobí, že mikrokontrolér zkoriguje vstupný signál tak, že výstupné impulzy budú užšie (kratšie).
 

Na štvrtom obrázku je znázornená situácia, že základňa gyra bude uvedená do rotačného pohybu, ale opačným smerom ako v predchádzajúcom prípade.

Z uvedeného vysvetlenia funkcie gyra vyplýva, že senzor gyra tohoto typu reaguje len na tzv. rotačné zrýchlenie alebo matematicky povedané na deriváciu rotačného pohybu. Čiže  nereaguje na akýkoľvek priamočiary pohyb, či už ustálený alebo na zrýchlovaný alebo spomalovaný. Rovnako nereaguje na ustálený rotačný pohyb.

Senzor gyra reaguje len na  zmenu rotačnej rýchlosti, čiže ak bolo gyro v kľude a pootočilo sa jedným alebo druhým smerom (naklonenie modelu), alebo sa gyro pootáčalo a zastalo, alebo sa rýchlosť pootáčania zmenila (pootáčanie sa zrýchlilo - akcelerácia, alebo spomalilo - decelerácia).

Je zrejmé, že princíp činnosti piezo-gyra nie je nijako jednoduchý, obzvlášť pre modelárov, ktorí neholdujú elektronike a pojmy ako piezo-elektrický jav, diferenciálne vstupy alebo operačný zosilňovač im veľa nehovoria.

Cez to všetko sú vlastnosti a parametre piezo-gýr pre modelárov "darom z neba"  (vrtulníkári už dávnejšie vedia o čom hovoríme), pretože práve tento vyššie spomínaný princíp, umožňuje významne zvýšiť stabilitu modelov napr. pri nárazovom vetre, alebo učiniť dráhu letu modelu predvídateľnejšiu a presnejšie definovanú.
  

Súvisiace články:

Použitie gýr v modeloch lietadiel - 2.časť

Použitie gýr v modeloch lietadiel - 1.časť

Dynamické riadenie gýr v modeloch lietadiel

On what principle does a piezo gyro for model modeler Su quale principio funziona un giroscopio piezo per modellatore modello På vilken princip anser en piezo-gyro för modell modellerare ¿En qué principio hace un giroscopio piezo para modelista modelo По какому принципу это пьезо гироскоп для модели модельер Em princípio, o que faz um giro piezo para modelador modelo Na jakiej zasadzie ma piezo gyro model modeler På hvilke prinsippet gjør en piezo gyro for modellen modeler Auf welchem Prinzip funktioniert ein Piezo Gyro für Modell-Modellierer Milyen elv azonban a piezo giroszkóp modell modellező Op welk principe werkt een piëzo-gyro voor model modeler Sur quel principe fonctionne un gyroscope piézo pour modeler modèle Millä periaate ei piezo gyro mallin modeler På hvilke principper en piezo gyro for model modeler المبدأ على ما يقوم بيزو الدوران لنموذج مصمم نماذج על איזה עיקרון עושה piezo gyro עבור modeler 

Komentáre: 14

.:. diosko

Veľmi pekný a názorný článok.
Škoda, že 380-ky sa už nedajú zohnať

Odpoveď | 2012-02-14 20:03:27

.:. olisoft | mail

To odkedy ich prestali predavat?
Mozno rataju, ze ich nahradis tym novym mems vrtulnikovym.

Odpoveď | 2012-02-16 10:21:46

.:. diosko

Našiel som ukážku práce gyra v lietadle za letu: odkaz
Treba rozumieť anglicky ak chcete vedieť o čom sa bavia, ale hlavný odkaz znie, "Don't be afraid of the gyros", čiže "Neobávajte sa gýr"

Odpoveď | 2012-02-17 14:14:31

Meno
Web
Mail
Kontrola	Zadajte číslo päť
Text
	Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz