Головоломка: емкостной датчик угла 0..359`, Проблема краевого эффекта Опции

[Rostislav]

Ребята, всем привет, всех с наступающими!!!!!!!

Вот делаю датчик для самолета.

Принцип работы: общая обкладка трех конденсаторов лежит на флюгере датчика и имеет форму полукруга. Флюгер изготовлен из фольгированного текстолита. Три остальные обкладки расположены на трех секторах круга из фольгированного текстолита. Он должен быть закреплен с внешней стороны фюзеляжа СЛС. В качестве вала, на котором закреплен флюгер, используется втулка с подшипниками от жесткого диска. При вращении флюгера меняется емкость трех конденсаторов. Останется только ее измерить. Конденсаторы электрически соединены звездой. На общую обкладку конденсаторов подается переменное синусоидальное напряжение высокой частоты. Математика для одного из шести (виртуальных) секторов следующая: (обкладка C закрыта (0 - 60 град)) ResetAngl = 300 - ((Ub - Ua) * 1200) div Uc, где Ux - напряжения на обкладках.

Идея работает, но наблюдается краевой эффект. Модель идеального датчика работает изумительно, но если, например, внести смещение емкости (столкнулся с этим на макете) хотя бы одного из конденсаторов, то сразу возникает нелинейность при восстановлении угла.

Вопрос: как побороть?

И еще, просьба: не предлагайте мне купить энкодер или еще чего готовое. Это легкий путь. А я очень хочу добить эту конструкцию. Тем более, что она стоила мне копейки.

Во вложении две програмки-модели. В одной емкости одинаковые, во второй с перекосом (это видно по значениям напряжений).

Спасибо!!!!

Сообщение отредактировал Rostislav - Nov 3 2010, 10:34

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 Unit1.pas.zip ( 1.95 килобайт ) Кол-во скачиваний: 29
 _____.rar ( 185.7 килобайт ) Кол-во скачиваний: 25
 ____.rar ( 185.71 килобайт ) Кол-во скачиваний: 23

 

[xemul]

Так оно и есть. А на картинке я все упростил немного.

Тогда синяя и красная обкладки просто ближе к статорной, чем зелёная. (или, что тождественно, зелёная имеет меньшую ёмкость)

У меня воображение максимум трехмерное! Мне очень интересна Ваша идея, но вообразить такую конструкцию я не могу! Вы можете нарисовать, что примерно Вы имеете ввиду?

Погуглите про синус-косинусные измерения.
Обратный вариант этого метода (адаптировано к Вашему случаю): измерительный сигнал подаётся на подвижную обкладку, измеряемые сигналы (2, 3, ... - по вкусу) снимаются с соответствующего числа статорных обкладок.
Ни то, ни другое не спасает от механических погрешностей.

[rudy_b]

Берется генератор, у которого есть 4 выхода:
1. Синус
2. Синус, задержанный на 90* (косинус)
3. Инверсный синус (синус, задержанный на 180*)
4. Инверсный косинус (синус, задержанный на 270*)

На круглой плате нарезается 4 сектора по 90*. Нумеруем их по часовой стрелке и подаем на сектора соответствующие сигналы с 4-х выходов генератора.

Измерительный электрод выполняется в форме такого-же сектора. При его повороте на него будут преимущественно поступать сигналы с соответствующего сектора. Они идут на два синхронных детектора, которые выделяют синусную и косинусную компоненты - дальше простая математика дает угол поворота.

Лучше сделать измерительный электрод в форме двух противостоящих секторов, тогда на одном будет фаза, на другом противофаза, и подать на дифференциальный измеритель. При этом будут скоменсированы некоторые геометрические искажения, амплитуда сигнала станет более постоянной, заодно помехи уменьшаться.

Ни то, ни другое не спасает от механических погрешностей.

Ессно, зато нет никаких перескоков.

[Rostislav]

дальше простая математика дает угол поворота

У Вас есть ссылочка на математику? Спасибо!

[rudy_b]

У Вас есть ссылочка на математику? Спасибо!

Так она школьная, только с квадрантами нужно быть аккуратным.
Если нужен угол > -180 и <=+180 то
if(cos==0 && sin>=0) f=90; *(sin==0 && cos==0 - не бывает)
if(cos==0 && sin<0) f=-90;
if(cos>0) f=atan(sin/cos);
if(cos<0 && sin>=0) f=atan(sin/cos)+180;
if(cos<0 && sin<0) f=-180-atan(sin/cos);

Бывает честная atan2, которая сразу и квадрант учитывает, но это нужно библиотеки смотреть.
Если нужен угол 0...360-, то выражения несколько иные, но принцип тот же.

Что-то в таком духе, рисовал из головы, мог слегка наврать.

[Rostislav]

Если нужен угол > -180 и <=+180 то
if(cos==0 && sin>=0) f=90; *(sin==0 && cos==0 - не бывает)
if(cos==0 && sin<0) f=-90;
if(cos>0) f=atan(sin/cos);
if(cos<0 && sin>=0) f=atan(sin/cos)+180;
if(cos<0 && sin<0) f=-180-atan(sin/cos);

Как я могу это применить у себя? У меня три сектора. А напряжение возбуждения подается на одну общую подвижную обкладку.

В своем варианте я стремился ограничится только чистой арифметикой. В принципе это получилось. А тут мощная тригонометрия, а обработка у меня происходит в PIC. При таких вычислениях, я не смогу 10 раз в секунду получать результат. Потом, это уже иная конструкция, а переделывать не хочется.

А такой датчик для авиамодели или частного самолета предпологается использовать? Или так ... для души?

Для самодельного частного самолета. Есть у меня такая мечта. Комплект авионики должен получится крутым, как на боинге. 2-а больших цветных ЖКИ дисплея, 2-е БЭВМ и все это будет работать с электронными датчиками.

Сообщение отредактировал Rostislav - Nov 9 2010, 13:45

[MrYuran]

Комплект авионики должен получится крутым, как на боинге. 2-а больших цветных ЖКИ дисплея, 2-е БЭВМ и все это будет работать с электронными датчиками.

Главное, чтобы парашют не подвёл...
Это так, чёрный юмор...

[Rostislav]

Главное, чтобы парашют не подвёл...

Не парашют, а балистическая спассистема! Обязательно поставлю!

По-поводу датчика.
Есть идея взять сумму напряжений на крайних секторах. Например, так: U`a = Ua + Ub, U`b = Ub + Uc, U`c = Uc + Ua. И рассчитать угол по этим значениям.