Zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska na wystawie
Zaczynając zabawę z wielowirnikowcami naczytałem się na forach ile to ludzie nałamali śmigieł, napsuli silników itd, więc robiąc zakupy wziąłem 6 kompletów napędu do swojego quadrokoptera. Póki co po kilku godzinach w powietrzu tej eksperymentalnej konstrukcji, oryginalnie zamocowany napęd trzyma się nieźle. Do tej pory wymieniłem tylko 3 śmigła, dwa komplety nóżek i jedno ramię.
Jedzie teraz do mnie komplet regulatorów fast PWM przeznaczonych do eksperymentów, wiec pomyślałem sobie że z nadmiarowego napędu zrobię stanowisko testowe - zawsze to wygodniej trzymać na biurku jedno ramię niż całego koptera.
Do nowego roku latałem ze śmigłami zamocowanymi na propsaverach - było OK. Słysząc zewsząd narzekania na drgania nie doświadczałem tego u siebie. Trochę drgało na niskich obrotach, ale dotychczas nie zauważyłem wpływu tych drgań na proces sterowania ani destrukcyjnego wpływu na łożyska w silniku.
Ponieważ gumki w propsaverach są bardzo lichej jakości, po noworocznych lotach i dniu stania w cieple pękły 3 z 4 ostatnich. Chcąc nie chcąc założyłem piasty ale jeszcze nie uruchamiałem koptera w takiej konfiguracji.
Na stanowisku testowym też założyłem śmigło na piastę i dopiero zrozumiałem co to znaczy drgania. Na bardzo wolnych obrotach wszystko wydaje się idealnie centryczne i wyważone, ale przy trochę wyższych, końcówka piasty zaczyna tańczyć +-5mm i muszę z całej siły trzymać belkę ramienia aby nie wyrwała się z ręki. Zupełna porażka. Śmigło jest akceptowalnie wyważone a mimo to umieszczenie go na 15 mm ramieniu (odległość od korpusu silnika do spodu śmigła) powoduje takie wibracje.
Utrzymanie w równowadze niestabilnej platformy jaką jest quadrokopter wymaga dwóch podstawowych rzeczy: dobrej jednostki inercyjnej, która jest źródłem informacji o położeniu w przestrzeni, oraz zestawu regulatorów sterujących mechanizmami wykonawczymi (tu czterema silnikami) tak aby utrzymać ją możliwie jak najbliżej zadanych wartości kątów orientacji.
Na obecnym etapie rozwoju, quadrokopter stabilizowany jest kaskadą regulatorów PID. Każdy z 3 kątów oraz wysokość ma swoje dwa regulatory połączone kaskadowo.
Pierwszy regulator sterujący bezpośrednio regulatorem prędkości obrotowej silnika (ESC) stabilizuje pierwsza pochodną regulowanego parametru, czyli prędkością kątową pochylania, przechylania i odchylania a w przypadku wysokości prędkością pionową. Wartościami odniesienia są tutaj prędkości kątowe z żyroskopów, oraz wariometr. Do latania ręcznego w zasadzie tyle wystarczy. Tak właśnie działają najprostsze sterowniki lotu (FC - Flight Controller). Zadaniem pilota jest ręczne stabilizowanie platformy. Chcąc zawisnąć poziomo, musi utrzymać wszystkie regulatory w zerze. Taki tryb pracy umożliwia, przynajmniej teoretycznie latanie pod dowolnymi kątami, nawet do góry nogami, dlatego nazywany jest trybem akrobacyjnym (Acro).
Chcąc móc skupić się na wykonywaniu konkretnego celu a nie samym locie potrzeba czegoś więcej. Do tego służy drugi kontroler w kaskadzie, który stabilizuje kąty pochylenia, przechylenia i odchylenia, oraz wysokość. Punktem odniesienia tutaj są kąty z jednostki inercyjnej + wartość zadana wprowadzona drążkami aparatury przez pilota. Dobrze nastrojony regulator powinien móc utrzymać platformę pod zadanym kątem i na zadanej wysokości. Taki tryb nazywa się stabilnym i zwykle ma ograniczone możliwości ręcznego wytrącania platformy z równowagi. Puszczenie drążków aparatury przynajmniej teoretycznie powinno skutkować zawiśnięciem w jednym miejscu (w praktyce bywa różnie).
Oprogramowanie komputera pokładowego AutoPitLot powoli, ale systematycznie rozwija się. Aktualnie jest na etapie samodzielnej stabilizacji platformy. Pozwala to na wykonanie pierwszych lotów quadrokopterem jako obiektem latającym o zerowej stabilności. W tej chwili stabilizowane są cztery parametry: przechylenie i pochylenie mają stabilizowany kąt, odchylenie stabilizowaną prędkość kątową a wysokość ma stabilizowaną wariometrem prędkość pionową. Tak wygląda lot quadrokoptera:
W poprzednim artykule porównywałem czujniki ciśnienia, teraz pora na żyroskop i akcelerometr. Są to czujniki zapewniające stabilność naszej platformie i od ich parametrów zależy to, czy w każdych warunkach temperaturowych będzie ona utrzymywała właściwe kąty orientacji w przestrzeni. Zbadane zostaną żyroskopy IDG-500, ISZ-500, ITG-3200, ADXRS613 oraz akcelerometry MMA7341 i LIS302DLH.
W komputerze pokładowym AutoPitLot mam możliwość włożenia jednocześnie 3 różnych modułów. Daje to szansę przetestowania w tych samych warunkach kilku różnych czujników i porównania ich parametrów. Niedawno zrobiłem eksperymentalny moduł cyfrowy All-In-One zawierający sporą grupę czujników z interfejsem I2C i mogę porównać czujniki cyfrowe z analogowymi podpiętymi do 16-bitowego przetwornika A/C.
Na początek weźmy czujniki ciśnienia. Mam dostępne: analogowy MPXH6115 oraz cyfrowe: BMP085, HP03SA MS5803 i MPL3115. Ponieważ czujniki BMP085 i HP03S mają ten sam adres na magistrali I2C: 0xEE więc bez większych komplikacji nie mogę ich używać jednocześnie. Będę wiec porównywał je parami z analogowym MPX6115. Żeby nie komplikować zbyt bardzo algorytmów finalnie powstały 3 wersje modułu All-In-One z różnymi zestawami czujników. Za wyjątkiem MPL3115, który został zamontowany metodą na pająka, wszystkie czujniki mają swoje miejsce na płytce.