[原创]挑战技术极限——微型制导火箭DIY
从小喜欢做火箭模型,
可是自由飞实在没有太多值得研究的东西,
于是想自己做个导弹试验一下...

先发几个从前做的火箭...
101549


[待续]

[修改于 1 年前 - 2018-05-19 02:50:37]

来自 喷气推进
 
2009-8-20 13:34:07
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1楼
这是当时的设计图:
101550

[待续]
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2楼
导弹=火箭+制导系统+战斗部

火箭部分弹体弹翼和发动机在这里已经有很多人研究讨论过了,
本实验的目的只是探讨DIY微型制导系统的可行性,
而不是用于杀伤目的,
因此战斗部也省去,
考虑到实验效果,
可改成配重,降落伞或发烟装置等.

本文重点在于讨论微型制导系统的设计与实现过程.

首先选择制导方式,
最容易实现微型化的导引方式应该是激光制导,
如图:
101551

[待续]
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3楼
燃料是什么?...............这才是关键   先飞起来再谈论制导
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4楼
[s:245] 制导思路……竟然和我的一样!?
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5楼
接下来设计一种弹径20~25mm,弹长25mm~350mm的微型导弹,
如图:
101552

[待续]
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6楼
另:
楼主!加上学分吧,以免被ZD、JD、FLG份子学去!
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7楼
要么红外,要么激光制导
大家先搞定红外再说
我的方案是这样
红外光敏三极管分布:
    A
B     C
    D
用运放放大A,B,C,D的信号,然后计算出E=(A-D)和F=(B-C),将E,F作为误差送入PID(比例-积分-微分)调节器,将输出作为舵机的控制信号,就是Kp,Ki,Kd这几个调节参数难以调节。可能要用到模拟软件。
为了实验方便,我们可以使用单片机做控制,以方便调试,量产时用LM324×2+SG3525×2
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1
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8楼
引用第3楼化学diy于2009-08-20 13:44发表的  :
燃料是什么?...............这才是关键   先飞起来再谈论制导


当然飞得起来,
玩了N年自制火箭,
这个不是问题...

参见1楼...

火箭部分弹体弹翼和发动机在这里已经有很多人研究讨论过了,
本实验的目的只是探讨DIY微型制导系统的可行性,...
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9楼
大哥,这是原创??我见过了!自己承认错误!
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10楼
引用第7楼warmonkey于2009-08-20 13:54发表的  :
要么红外,要么激光制导
大家先搞定红外再说
我的方案是这样
红外光敏三极管分布:
    A
.......


先等下再讨论...
用光敏三极管太落伍了,
最差也要用象限传感器(类似CD机中的光敏元件)

我选用的是CMOS摄像机
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11楼
引用第9楼神武老大2于2009-08-20 13:56发表的  :
大哥,这是原创??我见过了!自己承认错误!


当然是原创
你见过也是我发的
我首发在VBGood论坛...
图是20天前画的

先不讨论,继续发...
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12楼
这个结构就是CD机用的传感器
CMOS摄像机反应速度慢,帧率超过60fps的太难找,而且图像处理器太昂贵,不要告诉我用TI的TMS系列DSP,那东西要200多一片
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13楼
晚些再讨论,继续发...

101553


[待续]
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14楼
个人觉得简便的制导方式是瞄准线半主动制导
不知你的激光制导以何种方式实现,一般说来无论何种制导方式,弹体姿态控制是必需的
而你的弹径又很小,舵机这块就会很麻烦
如果对制导感兴趣,应该先用改装模型飞机进行低速时的实验,看效果如何
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15楼
求lz QQ
另:DSP运算能力差,不能和电脑相比,至少要用C+定点模拟浮点运算才能有像样的效率
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16楼
卧槽,回得好快啊
CMOS摄像元件有100FPS的,320*240
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17楼
建议滤光在传感器上做,我们能找到透明头锥就不错了
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18楼
继续:

引用第14楼adeng2002于2009-08-20 14:06发表的  :
个人觉得简便的制导方式是瞄准线半主动制导
不知你的激光制导以何种方式实现,一般说来无论何种制导方式,弹体姿态控制是必需的
而你的弹径又很小,舵机这块就会很麻烦
如果对制导感兴趣,应该先用改装模型飞机进行低速时的实验,看效果如何


好的,现在就来说说舵机,
原打算采用航模用的9克舵机,
可是4个舵机加起来就接近30克,
太重了,
于是自己设计一个带反馈的4联装分控舵机,
如图:
101554

图中画得太过简单,
齿轮组的减速比不够,
实际上还要更复杂些,
近期准备完善一下.

[待续]
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19楼
你的DSP不一定跟得上速度,100FPS就要10ms内处理一帧,
而TMS系的DSP把热电偶两端的电压换成温度,计算一次都要1-3ms
用摄像头就变成电视制导了,实在强悍……
控制考虑PID,这种方式能适合大部分系统,如果加上测距,则可把Kd和目标距离关联起来,以防目标加速向导弹冲去时,导弹在错过的一瞬间不能及时响应
只要加入输出限幅环节,就可以保证火箭姿态不会出现异常
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20楼
我手机上网,图片看不清楚  
其实简单的控制的话可以用继电舵机,做简单的乒乓(开关)控制,无需对舵机进行连续角度控制
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21楼
100FPS,电视制导 除非是intel xeon+4线程运算,不然跟不上
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22楼
可以考虑20楼的方式,因为实际物体有惯性,对于脉冲输入信号有滤波器的效果
但要注意不要引起震荡了
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23楼
继续:
以下是器件选择:
与首发重复的部分就直接引用了,
新增部分另行补上.


一、推进系统
    火箭发动机:
    火箭发动机可以采用国内专业厂家生产的模型火箭发动机,
这种发动机安全性高,但推力不大,当然也可以自制,
但由于比较危险,并且很多原料都是危险品,因此制作方法在这里不讨论。
101555


二、制导系统
制导系统主要由光路系统和控制电路、电源和执行机构组成。
光路系统包括主要由光路元件如红外滤光罩、菲涅尔透镜和光学镜头组等,还包括感光器件,如CCD感光阵列。
    菲涅尔透镜:
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至于要不要用菲涅尔透镜及其效果还需要用实验证明.

此外,关于楼上所提到"透光头锥"的问题,
由于CMOS器件对红外光敏感,
而红外线穿透某些对可见光"不透明"的塑料的能力很强,
因此应该采用一般的塑料做头锥应该比较容易实现.
具体实验大家可以用电视遥控器隔着塑料片对电脑摄像头发射,
看屏幕上的反应即可验证不同材料的红外透过能力.

[待续]
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24楼
引用第21楼破93于2009-08-20 14:19发表的  :
100FPS,电视制导 除非是intel xeon+4线程运算,不然跟不上


不是电视制导,
只是简单的象限扫描
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25楼
都说了,4象限/8象限光电传感器+模拟电路运算行了,不要想着太复杂的方法,计算机控制最大的问题就是有延迟
lz图里面的微处理器好像是ATmega128,就算是这个MCU也没法跟上速度,除非用两片
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26楼
DSP其实也没那么贵,AD公司的BLACKFIN也有几十块的,速度500M
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27楼
CMOS还是贵了点,而且取数据要时间,不像光电二极管,响应时间到100ns都有大把,再加上几片高速运放不就行了,成本也低
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28楼
楼主研究了一整套完备的技术,果然是设备、技术、制作方面的高手,不可多得。
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29楼
继续:

器件选择续:

图片源自实物拍摄.

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[待续]
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30楼
如果非要CMOS的话,用数字IC搭一个行了,可以考虑用PLD/CPLD完成功能
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31楼
而且要用CMOS接收数据更加不可能,都是用光电二极管的,哪怕是38K的调制频率,你的摄像头都得76kfps才能识别
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32楼
菲涅尔透镜/镜头还是要的,要不然不能成像
其实菲涅尔透镜就相当于一个凸透镜
红外光滤镜用软盘里的盘片

最完美的办法是4个红外光敏三极管+dsPIC单片机+红外激光器,一来可以实现激光制导,二来不要红外透镜
dsPIC做2路PID应该不是什么问题
X轴和Y轴方向的飞行控制可以看作两个独立的系统,只要保证调节器的输出斜率和幅度限制在安全范围内,不会使导弹翻滚,剩下就是调节PID的各项系数了。
最后还要保证导弹不会发生自旋,这需要一个陀螺仪才行,可以考虑村田的ENC-03,用模拟电路锁定输出的积分为0就行了
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33楼
用四个红外接收头只能探测四个方位,如何得到空间位置信息?
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34楼
33楼火星了
可以通过亮度的差值来计算方位
我已经说了,把导弹在X轴、Y轴上的飞行方向看作两个独立独立的系统,分别调节即可
如果分别在水平方向和垂直方向锁定了目标(此时四个、两组光电三极管输出电压相同),那么显然导弹是朝向目标的
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35楼
过来学习下~~~~ [s:252]
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kknd(作者)
36楼
引用第32楼warmonkey于2009-08-20 14:31发表的  :
菲涅尔透镜/镜头还是要的,要不然不能成像
其实菲涅尔透镜就相当于一个凸透镜
红外光滤镜用软盘里的盘片

最完美的办法是4个红外光敏三极管+dsPIC单片机+红外激光器,一来可以实现激光制导,二来不要红外透镜
.......

继续:

引用第32楼warmonkey于2009-08-20 14:31发表的  :
菲涅尔透镜/镜头还是要的,要不然不能成像
其实菲涅尔透镜就相当于一个凸透镜
红外光滤镜用软盘里的盘片

最完美的办法是4个红外接收头+dsPIC单片机+红外激光器,一来可以实现激光制导,二来不要红外透镜,没准还能去掉镜头



感谢LS的建议,

之所以用CMOS阵列而不是几个接收头,
主要是为了确保控制精度.
实际上国外爱好者用摄像头做定位和视觉识别的电路及软件已经很成熟了
我只需要借用.

---------------

为了更精确获得器件的重量,
出差时买了个便携式电子天平.
还买了几个玩具直升机(样品),
用来拆微型马达,齿轮,电池和控制电路.

这种小飞机的控制电路是一种8脚的单片机,
应该是PIC或AVR,
带有AD,PWM和串口,
完全可以用来改造或仿制出控制舵机的伺服电路.

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[待续]
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37楼
不知所说的红外接收头是商品件还是自制的,一般所说的红外接收头输出的只是高低电平,不能反应强度
如果是自制的,导引装置是何种结构?
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38楼
玩具用伺服电机的控制并不复杂,就是最普通的PID控制而已  
如果想方便,有个开源项OPENSERVO  LZ可以看下
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kknd(作者)
39楼
继续:

发一套实际的红外制导空空导弹结构图供对比:
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[待续]
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40楼
前一段读过一本微控制器的书(古董),里面有个惯性制导使用8051的实例……那个比较简单……
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41楼
如果弹体没有很好的稳定系统,并且导引头不具备跟踪功能且视场窄的话,丢失目标的可能性会非常高
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42楼
我们可以把镜头焦距做短点,这样就可以增大视野,即使聚焦不准确,也可以抓到光斑的中心点
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kknd(作者)
43楼
继续:

发些自制导弹可能用到的参考资料(取自我的私人藏书):

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[待续]
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44楼
话说现代导弹怎么稳定姿态?
机械陀螺仪落伍了……
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45楼
建议设计多次使用的那种多动力的,投炸药那种不要自毁那种
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46楼
很好很理想化......
..估计偶是等不到这个东西上天的那一天了

..............那个舵机买航模用的成品就好了
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47楼
引用第46楼thesnake于2009-08-20 15:34发表的  :
很好很理想化......
..估计偶是等不到这个东西上天的那一天了

..............那个舵机买航模用的成品就好了


成品舵机我买了,最小的要9克,加起来近40克
对于小火箭来说这太重了

自己做可能用不到3克,
4联装我有把握做到15克以内...
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48楼
晕,等不到上天的那一刻?SNAKE莫非…………
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49楼
LS们竟然都会话3D   受不了~~我落后了
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