Монтаж, настройка, тестирование, тюнинг

МОНТАЖ, НАСТРОЙКА, ТЕСТИРОВАНИЕ, ТЮНИНГ

Тезисы по основным этапам сборки настройки и тестирования мультироторного аппарата на базе контроллера APM с прошивкой Arducopter

• Выбор места и способа монтажа на раме для обеспечения защиты от вибраций, магнитных полей и электронных помех
• монтаж
• загрузка прошивки
• инициализация начальных параметров, очистка eeprom и датафлеш (! ВАЖНО ! )
• калибровка радио, настройка и проверка «фаилсэйв»
• настройка полетных режимов
• калибровка уровня
• калибровка и проверка компаса
• калибровка регуляторов оборотов двигателей
• «арминг» и проверка направления вращения моторов и порядка их подключения
• установка пропеллеров и проверка правильности установки тянущих и толкающих
• поочередное включение моторов от 3 канала приемника и мануальная проверка отсутствия вибраций на концах лучей
• проверка тенденции к стабилизации при включенных моторах удерживая аппарат в руке
• настройка логирования данных акселерометров RAW или IMU (в зависимости от версии прошивки)
• проверка системы стабилизации в кратком полете на высоту около 1 метра в безветренную погоду в режиме стабилизация.
• проверка вибраций на автопилоте методом анализа лога по результатам пробного полета
• проверка удержания высоты в режиме «ALT HOLD» в кратком полете на высоте около метра в безветренную погоду
• проверка стабильности показаний датчика навигации GPS при включенном бортовом оборудовании, моторах по данным телеметрии на зафиксированном неподвижно аппарате
• проверка стабильности и верности показаний компаса при различных уровнях газа на зафиксированном аппарате
• проверка режима удержания позиции – «LOITER» полет на высоте 15-20м, безветрие
• проверка режима возврата «RTL» полет на высоте 15-20м, безветрие
• загрузка маршрутных точек и проверка автоматического режима в полете (полет на высоте 30-50м), безветрие
• тесты вышеперечисленных режимов при умеренном ветре

Нарушение порядка настройки аппарата зачастую приводит к авариям и поломкам. Пропуск любого из этих этапов может стать причиной «улета» или аварии аппарата.

Монтаж силовой части.

Установка платы «платы распределения питания» (PDB) на новой раме.

1. Для сборки силовой части питания мультироторного аппарата Вам потребуется:

• плата распределения питания (подойдет квадрат или круг из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита – снимите глубокую фаску по всем торцам, используйте одну сторону для плюса а вторую для минуса, после пайки обеспечьте невозможность замыкания слоев платы а при необходимости изолируйте ), соответствующий силовой аккумулятор,
• липучка для фиксации батареи,
• силовые провода с медной жилой большого диаметра,
• разъем батареи с проводом,

2. Припаяйте провода питания ESC к плате распределения питания.
3. Припаяйте провода от вилки подключения батареи к плате распределения питания. Если вы не уверены какого диаметра должна быть жила этого провода -используйте провод с жилой соответствующей диаметру жилы на используемой батарее или чуть больше.
4. Убедитесь, что вилка питания припаяна правильно. Обычно используют провода двух цветов - красный подключается к плюсу, а черный к минусу батареи.
5. Установите плату распределения электроэнергии на стойки в центральной части рамы.
6. Закрепите аккумулятор ремешком -липучкой на нижней части рамы ровно по центру.

практические наблюдения: кусок двустороннего фольгированного текстолита с плюсом на одной стороне и минусом на другой, при соблюдении симметрии в пайке пар проводов дает лучшие показания по показателю влияния индуцируемых магнитных полей на компас. При этом, желательно, чтобы компас находился ровно по оси платы распределения питания, как можно выше. При аккуратном монтаже и расстоянии от PDB свыше 5см удается достичь менее 3% влияния индуцируемых магнитных полей на компас при полной мощности моторов ~500вт. (Это практически идеальный показатель).

7. установите полетный контроллер в центре рамы, таким образом, чтобы чип компаса оказался по осевой линии над платой распределения питания в соответствие с выбранной конфигурацией «икс» или «плюс». Необходимо постараться обеспечить максимальное расстояние от платы распределения питания и силовых проводов до компаса. При симметричной плате распределения питания достаточно 5см, при плохом качестве платы распределения может оказаться слишком мало и 10см.

Практические наблюдения: В связи с тем что современные прошивки Arducopter используют инерциальную систему для прогнозирования положения - задача защиты контроллера от вибраций обрела особую важность. с точки зрения размещения полетного контроллера, на наш взгляд, лучшее решение - использование утяжеленной плиты вибрационной развязки. основные компоненты такой конструкции: стеклотекстолитовая рессора, силиконовые амортизаторы, корпус батарейного отсека (служит опорой для монтажа автопилота) при этом батареи работают в качестве утяжелителя. автопилот крепится к виброзащищенной плите на два слоя двустороннего скотча на вспененной основе на 4 квадратика 1,5 * 1,5 см. Пример такой конструкции в серии фото http://sites.google.com/site/talon2v2/hexa-dji-800

Прозрачная пластиковая крышка над контроллером APM2 может уменьшить ущерб, а в случае аварии и защитить от влаги в условиях плохой погоды. При этом если вы решите сделать корпус герметичным - в нем следует предусмотреть отвод для выравнивания давления – в контроллере используется датчик давления

8. Установите приемник на раму и выведите антенну наружу. Как правило, у мультироторных аппаратов антенну следует ориентировать вниз.

Вставьте пять соединителей в каналы 1 - 5 приемника.
Обратную сторону соединителей подключите к разъему INPUTS. Сигнальные жилы (они обычно имеют белый или желтый цвет) - идут ближе к центру платы. Центральная жила +5V, крайняя жила обычно темного цвета – общий. Существует возможность упразднить соединение по +5V и общему проводу для всех каналов, кроме одного, при этом следует избегать одиночных соединителей, так как они легко выпадают. Если разъем приемника позволяет - удобно использовать 4 контактный шлейф для 1-4 каналов и 3 контактный для 5 канала питания и общего.

9. Подключите управляющих шлейфы регуляторов моторов (ESC) в разъемы выходов (OUTPUTS) сигнальный провод светлого тона должен быть в сторону центра платы.

10. Существует мнение, что некоторые модели регуляторов оборотов с импульсными регуляторами напряжения 5 вольт могут некорректно работать, если соединены все плюсовые провода в сигнальных шлейфах, для чего средний провод на всех регуляторах, обычно отключают.

11. Ваш RC передатчик должен быть первоначально настроен для мультироторного аппарата по схеме, применяемой для управления самолетом:

• Четыре основных канала: элероны, питч, курс и дроссель.
• Пятый канал должен задавать режим полета, подключите его к каналу управляемому от 3-х -6 позиционного переключателя режима полета на пульте.
• Настройте расходы (ENDPOINTS) по всем каналам на плюс и минус 100 процентов. Установите триммеры в центральное положение и никогда не изменяйте значения триммеров. (это важно)

Предупреждение: невыполнение процедуры установки параметров по умолчанию - основная причина широкого круга неполадок на всех стадиях настройки и полета (могут не работать некоторые входные и выходные каналы, не приниматься данные GPS, неправильно работать ориентация). Если вы не уверены что сделали сброс настроек, повторите эту процедуру.

6. Для просмотра состояния контроллера, настройки параметров - нажмите кнопку Connect - в правом верхнем углу экрана, при этом начнется установка соединения MavLink.

7. В случае необходимости загрузки программного обеспечения под другой тип аппарата, укажите порт, скорость 115200 но не нажимайте подключить, перейдите на вкладку Inital setup - inslall Firmware где можно выбрать тип и версию загружаемой прошивки

Калибровки

Калибровка ESC

Настройка диапазонов управляющего сигнала регуляторов оборотов двигателей (в просторечие калибровка ESC) имеет важное значение для правильной работы. Признаком неверной калибровки регуляторов может быть не одновременный старт моторов при медленном добавлении газа после арминга.

Есть два способа регулировки "концевых точек ESC" (точка нулевой позиции и максимального газа).

• Автоматическая настройка ESC всех сразу – наиболее простой.
• Ручной способ индивидуально настраивает каждый регулятор ESC.

Попробуйте сначала настройку в автоматическом режиме, если это не удается, тогда используйте второй способ.

Предполетные проверки

При отключенной батарее, подключите кабель USB, запустите «Mission Planner» и выберите «Connect» и выполните осмотр индикаторов.

• На дисплее телеметрии, слева, находится индикатор высоты, он должен показывать относительную высоту с момента включения. Барометрическая высота не должна меняться если аппарат неподвижен, однако в помещении, при изменении ветра на улице, включении вытяжной вентиляции, хлопках дверей показания высоты могут изменяться в пределах единиц метров.

• Индикатор компаса должен показать истинное направление на сторону света, если смотреть по передней части контроллера APM. (Внимание, если он находится рядом с металлическими предметам или электронными устройствами, создающими магнитные поля, это может привести к значительному отклонению, проверить направления магнитных полей в разных частях вашего помещения возможно магнитным туристическим компасом).

• Если вы находитесь за пределами приема сигналов - GPS приемник не сможет определить свое положение, соответственно текущее положение не будет отображаться на карте (для захвата спутников включенный аппарат поместите под открытым небом и подождите несколько минут).
• Наклоните аппарат на различные углы, чтобы убедиться, что индикатор горизонта на полетном табло адекватен вашим ожиданиям. Вид на горизонт в программе «Mission Planner» сделан таким образом, как бы вы видите землю с камеры установленной на одну с контроллером платформу. Когда аппарат наклонен вперед - горизонт на индикаторе должен подняться (полетное табло как бы показывает вид на землю из кабины, но возможно настроить в программе MIssion Planner и так называемый стиль индикатора горизонта "русский стиль")
• Когда аппарат наклонен влево - горизонт должен наклониться также влево.

Эта проверка подтверждает, что датчики работают нормально, и контроллер верно установлен на раме, если двигатели и пропеллеры подключены правильно, аппарат можно считать способным к первому пробному полету.

Перед первым полетом

КАТЕГОРИЧЕСКИ:

· Не летайте над людьми, даже если аппарат весит менее килограмма, в случае аварии травмы неминуемы.

· Сделайте до первого полета табличку с номером мобильного телефона и прикрепите к модели. В случае причинения ущерба другим лицам нужно уметь отвечать за свои действия. В случае находки вы сможете договориться с нашедшим о вознаграждении.

· В процессе сборки, отладки и запуска берегитесь винтов, жесткие винты диаметром свыше 8 дюймов серьезно опасны.

· Законодательство многих стран позволяет запуск моделей не выше 100м, существенно превышая эту высоту вы рискуете не только потерять модель но и спровоцировать авиа происшествие с человеческими жертвами. Прим. законодательство РФ не предусматривает запуск авиамоделей с радиоуправлением, тем самым граница полетов по высоте не определена. Существуют ограничения запрещающие полеты вблизи аэропортов и других закрытых для полетов зонах.

· Литиевые батареи взрыво-пожаро-опасны. Причиной взрыва может быть замыкание силовых проводов, перезаряд, переразряд, механическое повреждение внешней оболочки, внутреннее замыкание. Не носите и не храните батареи без индивидуального чехла, может произойти замыкание о металлический предмет. Не пытайтесь разобрать или проткнуть вздувшуюся батарею там водород, она взорвется. Тушить батарею водой все равно, что машину бензином – литий горит в воде. Возгоревшиеся или дымящие батареи лучше отбросить в безопасное место.

I Этап полетных настроек

II Этап полетных настроек

Проверка уровня вибраций, и проба режима удержания высоты

Для того чтобы оценить какова диаграмма вибраций на вашем аппарате включите логгирование RAW значений, совершите 30 секундный полет в режиме стабилизация, скачайте логи, загрузите скачанный файл через функцию просмотра логов и выведите параметры accel x y z в диаграмму. В новых прошивках лог вибраций называется IMU

включение логированния перед полетом:

следует выбрать вариант «Default + IMU»

в «full parameters list» следует найти ins_mpu6k_filter и задать значение 43гц

Для скачивания полетных логов в компьютер в прошивке Arducopter 3.1 возможно использовать функционал окна терминал,

для прошивки 3.2 и старше для контроллера АПМ терминал не доступен, скачивание логов возможно через протокол «MAVLINK»

В результате анализа полученного лога получаем такие диаграммы

На верхней картинке приведены крайне недопустимые вибрации,

на нижней - рекомендованный. Ширина каждой из линий, "пушистость" определяет уровень вибраций. Для режима удержания высоты основной является диаграмма по оси z (показана синим)

В случае если вибрации на вашей раме слишком высоки полетный контроллер не сможет обеспечить удержание высоты, используя инерциальную систему, до устранения причин возникновения вибраций и установки полетного контроллера на виброзащитную платформу включение режима ALT HOLD и других автоматических режимов может быть опасным.

В случае если вибрации невелики, то для большинства аппаратов мы рекомендуем установить аппаратное подавление шумов от вибраций ins_mpu6k_filter=20 , для полетов не связанных с измерением уровня вибраций

III Этап полетных настроек

Проверка качества удержания позиции (GPS координаты + высота)

будьте внимательны, нельзя приступать к тестированию режимов удержания высоты, позиции, возврата не завершив предыдущие этапы полетных настроек!

Качество удержания позиции зависит:

• использования качественного навигационного приемника, отсутствия радиопомех
• правильной настройки положения и калибровки компаса, отсутствия воздействия на него постоянных магнитных полей от ферритовых колец, магнитов и силовой проводки

В случае если аппарат не удерживает позицию и иногда вместо удержания позиции начинает разгоняться по дуге - наиболее вероятная причина неверная работа компаса в условиях полета.

Слишком большой радиус удержания позиции - перемещение аппарата в произвольных направлениях. Тут два фактора.
1. Следует проверить, что навигационный приемник ловит от 10 спутников и более, имеет уровень HDOP < 1,2
2. Уровень вибраций по осям X Y не превышает нормы, современные прошивки используют данные акселерометров для калькуляции перемещений, сильные вибрации приводят к ошибкам в работе инерциальной системы

Общие проблемы:

• "Полный неадекват"

после замены прошивки контроллера войдите в терминал и выполните процедуру инициализации начальных параметров (терминал, setup, reset) . без этого могут не включаться моторы, криво показывать уровень, не работать телеметрия и многое другое - совершенно любые проблемы.

• Аппарат очень плохо удерживает высоту, раскачивается, уровень газа висения в режиме стабилизация порядка 70%
• Аппарат слишком "прыгучий", слишком резко откликается на малейшее управление, уровень газа висения в режиме стабилизация порядка 30%

вес аппарата и его винтомоторная группа должны быть подобраны так чтобы он висел на 50% газа, рекомендуемый диапазон уровня газа висения от 43% до 57%, при уровне газа висения 30-40% аппарат недогружен и очень сильно реагирует на управление, как правило, требуется загрубление за счет настроек. При уровне газа висения свыше 70% аппарат, как правило, не способен быстро стабилизироваться, склонен к раскачке, неспособен удерживать высоту в условиях турбулентности, нисходящих потоков. Посмотреть какой у вас газ висения возможно грубо по ручке управления, точно по параметру «throttle trim» после полета, там это значение должно быть 430 - 570 , чем ближе к 500 тем лучше.

Пример, что бывает если тяга неверно подобрана к весу аппарата:

2кг аппарат с рамой 550, ax4008, apc14*4.7 сначала с батареей 2S – высокие значения PID, аппарат стабилизируется по крену и питчу, но был приличный ветерок 5-7 м/с причем из за рваной облачности с ниспадающими потоками. так вот один такой поток его прихватил и прижал к земле с приличной высоты, по логам высота падает, газ полный, два мотора на минимуме, два работают на 100% (их задувает боковой ветер) аппарат в горизонте но идет к земле. в результате мягко впечатался в снег. параметр throttle trim оказался порядка 800. после поставил 3S батарею снизил rate p и d аппарат стал управляться как пушинка. throttle trim оказался порядка 450 т.е. на будущее можно догрузить более тяжелой батареей

• Аппарат с пропеллерами очень большого диаметра и короткими лучами слишком резок по управлению курсом
• Аппарат с пропеллерами очень большого диаметра и короткими лучами начинает подпрыгивать при посадке

за уровень курсовой стабилизации отвечает коэфициент - rate yaw p. Слишком большой параметр стабилизации по курсу может вызывать нарушения стабилизации по уровню, поэтому на начальной стадии настройки указанный по умолчанию параметр желательно уменьшить. Это особенно актуально если на раме установлены максимально допустимые размеры пропеллеров - например, если на раме с диагональю 550 установить 14-дюймовые пропеллеры то уменьшают вдвое - иначе аппарат может даже кувыркнуться на старте. Если впоследствии если вы сочтете что курсовое управление не достаточно интенсивно - этот параметр можно увеличить.

Рекомендации по установке параметров

AHRS_GPS_GAIN,0 Параметр дает указание системе коррекции горизонта о том сто необходимо корректировать центрифугальные ускорения в крутых виражах на скорости. Значение 1 = включена коррекция, 0 = выключена.

Следствием включенного этого параметра является подергивание линии горизонта при неподвижном аппарате, если GPS не идеально захватил позицию и дрейфует. При сильных скачках позиции GPS крен может достигать критических значений.
в коптерах этот параметр установленный в единицу не нужен, параметр требуется самолетам. Исключение высокоскоростные аппараты для пилотажа в акробатическом режиме.

INS_MPU6K_FILTER,20 аппаратный «виброподавитель», включают после того как измерили вибрации на раме, убедились что они в норме , а затем включают «шумодав». Значение 43 означает что используется низкий уровень подавления (43гц) это значение следует использовать для тестового полета с включенным логированием вибраций. Если амплитуда вибраций в пределах 2 единиц по 10 ед шкале - можно включить фильтрацию 20 для большинства рам. Исключение могут составлять очень быстрые, маневренные, спортивные аппараты для 3д пилотажа.

4. Настройка управляемости и стабильности по питчу и крену:

раскачка бывает нескольких видов – мелко дрожащая когда моторы меняют свой тон многократно в течение секунды и висит как на струне мелко дрожа - это перекачанный или rate d (реже rate p )
если аппарат трудно взлетает любой ветерок его плавно отклоняет из стабильного положения (ведет себя как брошенный на пол обруч - волной по окружности) это недостаточный rate D (если аппарат не взлетает и ведет себя как брошенный на пол обруч - проверьте соответствие подключения моторов и тип рамы плюс или икс)
если висите ровно ветра нет а он чуть чуть дергает то одним лучом то другим раз в секунду то вероятно великоват rate d (или вибрации оказывают влияние на автопилот)
если аппарат принудительно немного качнуть стиком а он вместо того чтобы выполнить маневр в одно движение делает один-два затухающих качка это значит маловат rate d

RATE коэффициенты

- регулировка зависимости коррекции мощности моторов от угловой скорости (в осях питч, крен, курс)

roll pitch rate p - определяет сколько мощности дать на преодоления инерции рамы - угловой скорости по питчу и ролу - чем инертнее рама и меньше тяга вмг тем больше порядок значения для большинства конфигураций 0,10 - 0,15
roll pitch rate d - определяет дозирование энергии на раскрутку и торможение пропеллера - чем больше диаметр пропа и меньше момент мотора тем параметр больше. порядок значения для большинства конфигураций 0,004 - 0,010
rate пиды меняют за раз на 10% не более! не делайте на глаз посчитайте на калькуляторе

STAB коэффициенты

roll pitch stab p параметр определяющий резкость управления от пульта и автомата навигации. для спортивных моделей порядок значения 4.5; для аэрофото и учебных 3.5

P I D составляющие применительно к ардукоптеру

присутствуют в большинстве коэффициентов.

P - основной пропорциональный коэффициент.

D - уровень первоначального, краткосрочного воздействия (как как правило направлен на преодоление инерции )

IMAX - уровень коррекции долгосрочно сохраняемой ошибки

I - величина (скорость) нарастания величины ограниченной IMAX

Вопросы и ответы:

МОНТАЖ, НАСТРОЙКА, ТЕСТИРОВАНИЕ, ТЮНИНГ