今天小編為大家普及多旋翼無人機飛行的“航前準備”:無人機調(diào)試,大體可參照如下步驟進行:
一、查看無人機結構,預估對飛行品質(zhì)的影響
無人機機體形式有多種,包括使用碳纖玻纖等一體成型機體,在機臂端有電機定位固定的機構,這種形式機體剛度較強,但機體重量較大,電機位置固定精準,振動來源主要為電機和槳的變速轉動,機體并不會產(chǎn)生額外的諧振,高頻分量較少;機體也有使用雙層圓形碳板做為機體中心,碳桿支臂分別固定夾緊在雙層圓碳板中,支臂外懸長度較長,在支臂端電機夾緊固定,這種形式機體剛度較弱,且支臂端電機夾緊螺絲易松動,使槳的升力面與機身平面產(chǎn)生夾角,振動除來源于電機和槳的變速轉動外,機體支臂和電機夾緊松動會引發(fā)額外的諧振高頻分量;機體還有使用多根碳桿交叉固定形成“#”狀等,支臂外懸長度較短,在支臂端電機夾緊固定,這種形式機體剛度較好,且結構簡單重量輕,振動來源主要為電機和槳的變速轉動,機體并不會產(chǎn)生額外的諧振,高頻分量較少。
同時,仔細查看電機中低高速轉動時機體有無異響,檢查電機與機座固定處是否松動,電機內(nèi)軸承是否完好,電機轉子和定子之間有無晃動摩擦等。飛控安裝位置或平臺要和機體固連,不能和機體本身有額外的相對運動或震動。上述情況都會惡化機體的震動情況。
飛控安裝位置,盡量遠離槳高速旋轉產(chǎn)生的氣流場,或安裝使用機罩將飛控罩在其中,減弱氣流場對飛控內(nèi)氣壓傳感器的影響,尤其是采用較大直徑槳葉設計的無人機。
二、檢測電機電調(diào)的響應,預估對飛行品質(zhì)的影響
著重檢測電機電調(diào)對于不同頻率激勵的響應,以及多電機的同步性。首先完成電調(diào)校準,而后以不同頻率(比如慢、中、快速)操作遙控器搖桿激勵電調(diào)電機,查看電機的響應是否能夠跟隨激勵,有無明顯的延遲或卡頓和卡?,F(xiàn)象,檢查電調(diào)如何處理給定的不同頻率的激勵信號,有無濾波保護處理,以及短時過載保護等。尤其現(xiàn)在由于農(nóng)業(yè)無人機市場的火爆,很多廠家承接定制電機電調(diào),但在電機電調(diào)產(chǎn)品性能匹配方面有些會存在問題,不能有效發(fā)揮電機的性能,出現(xiàn)驅(qū)動電機不良。當然有時也是因為定制電機的問題,存在嚴重的大慣性和非線性特性,并不適合應用在多旋翼無人機上。在檢測同步性方面,可以使用遙控的一個通道同時連接所有電調(diào)電機,以不同頻率(比如慢、中、快速)操作遙控器搖桿激勵電調(diào)電機,查看所有電機的是否能夠同步跟隨激勵。
三、安裝飛控
首次安裝飛控時,可不考慮減震,使用比較厚軟的雙面膠將飛控粘到機體靠中心的位置。安裝飛控位置,避免動力電源走線環(huán)繞在其周圍,形成閉環(huán)。安裝好飛控之后,按照使用說明書完成飛控的校準,包括傳感器校準、遙控器校準、飛行模式設定等。校準完成后,晃動飛機姿態(tài),及調(diào)整無人機機頭方向,通過地面站查看飛控測量反饋是否正確。另外,待室外搜索到GPS后,觀察星數(shù)是否穩(wěn)定。觀察無人機在地面靜止放置時,地面站顯示飛控測量反饋的對地速度、垂向速度是否正確,有無大跳變,以及高度值是否穩(wěn)定正確。上述情況均正確,則表明傳感器校準正確,飛控狀態(tài)良好。
初次飛行,選擇默認參數(shù),在姿態(tài)模式起飛,起飛正常后,姿態(tài)懸停一段時間后降落。飛行時注意聽電機聲音是否正常,聲音有無突變,有無尖銳聲音。本次飛行數(shù)據(jù)重點查看加速度計和陀螺儀數(shù)據(jù),考慮機體震動情況及角速度震動情況、飛控安裝方式是適合。查看角速度環(huán)跟蹤情況,考慮電調(diào)電機的響應情況(包括時延時間、飛行時間內(nèi)響應是否一致,有無電機無反應狀態(tài)出現(xiàn)),考慮角速度環(huán)跟蹤靜差是否存在,判斷電調(diào)電機是否是嚴重的大慣性非線性系統(tǒng)。查看角速度環(huán)和角度環(huán)是否存在過沖和震蕩,跟蹤效果是否明顯。
修改控制參數(shù)需考慮上述所有問題。若震動過大,首先考慮機體狀態(tài),確保槳平面一致,機械安裝部分無松動,電機無故障等。之后,震動過大情況依然存在,則需考慮安裝減震墊。安裝減震墊會明顯改善加速度計測量噪聲,但安裝的減震墊剛度不合適會導致角速度測量噪聲惡化,起飛時會發(fā)生電機頻繁的加減速有自激振蕩的趨勢,所以安裝減震墊后起飛時要密切關注電機響應,選擇合適剛度的減震墊。機體狀態(tài)調(diào)整到什么程度算完美?主要參考:加速度測量的高頻分量較低,平滑的陀螺儀曲線。
在加速度和角速度測量可接受的情況下,進行調(diào)試各控制環(huán)參數(shù),調(diào)參按照先調(diào)試角速度環(huán),然后角度環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的順序從里到外依次進行。首先調(diào)試角速度環(huán),若過沖和震蕩較大,適當減小感度值,若實際角速度響應達不到期望值,適當增加感度值;若靜差過大,跟蹤效果不明顯,說明非線性特性明顯,適當增加慣性系數(shù),慣性系數(shù)較大會導致系統(tǒng)慣性更大,飛行不流暢,過大則會引發(fā)震蕩;若存在過沖和震蕩,但過沖程度較小,同時角速度噪聲不大,數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,可適當增加震蕩抑制系數(shù)而不降低感度值,即不降低系統(tǒng)響應的情況下降低超調(diào),震蕩抑制系數(shù)過大則不僅不會抑制震蕩,還會引發(fā)惡化震蕩;每次變化值在原來數(shù)值基礎上變化5%-10%左右進行調(diào)試。調(diào)試到無過沖和震蕩,無靜差時,查看跟蹤響應時間,若響應時間過大,可同時提高感度值和震蕩抑制系數(shù),提高響應??商岣叩绞裁闯绦?,還得考慮電機的響應情況,主要查看輸出控制量和角速度響應,考慮電機對于大控制量、小控制量、快變控制量、慢變控制量的響應情況。若電機本身為大慣性的非線性系統(tǒng),且和電調(diào)的匹配度不高,則需密切查看在提高響應過程中,系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并根據(jù)電機的響應情況調(diào)整系統(tǒng)設定的最高角速度值和線加速度值。角速度環(huán)調(diào)整到什么程度算完美?主要參考:1、沒有惡化原來測量的加速度和角速度噪聲;2、沒有過沖或過沖量很小,無連續(xù)震蕩;3、響應時間在100ms內(nèi);4、小舵量靜差值較小。這里需要提到的是,航向的參數(shù)較大更易導致加重機體的震動噪聲,這時可以選擇適當較低對航向跟蹤特性的要求,并不會對飛行品質(zhì)造成很大的影響。