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精于心,準(zhǔn)于行 —— 談多旋翼無(wú)人機(jī)的“航前準(zhǔn)備”

發(fā)布日期:2016-06-15??來(lái)源:無(wú)距科技我要投稿我要評(píng)論
編者按:“我想要我的眼睛自己飛到天上,去看一看我腳下的世界”這或許就是無(wú)人機(jī)誕生的初衷;2020年中國(guó)植保無(wú)人機(jī)需求量10萬(wàn)架,這或許就是農(nóng)業(yè)大國(guó)“科技興農(nóng)”的標(biāo)配。無(wú)人機(jī)成就我們俯瞰世界,成為農(nóng)業(yè)科技的推動(dòng)者,甚至挽救生命。我們了解它的作用,卻不知它如何精準(zhǔn)安全的起飛。

 談多旋翼無(wú)人機(jī)的“航前準(zhǔn)備”

   今天小編為大家普及多旋翼無(wú)人機(jī)飛行的“航前準(zhǔn)備”:無(wú)人機(jī)調(diào)試,大體可參照如下步驟進(jìn)行:

   一、查看無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu),預(yù)估對(duì)飛行品質(zhì)的影響

無(wú)人機(jī)機(jī)體形式有多種,包括使用碳纖玻纖等一體成型機(jī)體,在機(jī)臂端有電機(jī)定位固定的機(jī)構(gòu),這種形式機(jī)體剛度較強(qiáng),但機(jī)體重量較大,電機(jī)位置固定精準(zhǔn),振動(dòng)來(lái)源主要為電機(jī)和槳的變速轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)體并不會(huì)產(chǎn)生額外的諧振,高頻分量較少;機(jī)體也有使用雙層圓形碳板做為機(jī)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(zhǎng)度較長(zhǎng),在支臂端電機(jī)夾緊固定,這種形式機(jī)體剛度較弱,且支臂端電機(jī)夾緊螺絲易松動(dòng),使槳的升力面與機(jī)身平面產(chǎn)生夾角,振動(dòng)除來(lái)源于電機(jī)和槳的變速轉(zhuǎn)動(dòng)外,機(jī)體支臂和電機(jī)夾緊松動(dòng)會(huì)引發(fā)額外的諧振高頻分量;機(jī)體還有使用多根碳桿交叉固定形成“#”狀等,支臂外懸長(zhǎng)度較短,在支臂端電機(jī)夾緊固定,這種形式機(jī)體剛度較好,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕,振動(dòng)來(lái)源主要為電機(jī)和槳的變速轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)體并不會(huì)產(chǎn)生額外的諧振,高頻分量較少。

同時(shí),仔細(xì)查看電機(jī)中低高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)體有無(wú)異響,檢查電機(jī)與機(jī)座固定處是否松動(dòng),電機(jī)內(nèi)軸承是否完好,電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間有無(wú)晃動(dòng)摩擦等。飛控安裝位置或平臺(tái)要和機(jī)體固連,不能和機(jī)體本身有額外的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或震動(dòng)。上述情況都會(huì)惡化機(jī)體的震動(dòng)情況。

飛控安裝位置,盡量遠(yuǎn)離槳高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流場(chǎng),或安裝使用機(jī)罩將飛控罩在其中,減弱氣流場(chǎng)對(duì)飛控內(nèi)氣壓傳感器的影響,尤其是采用較大直徑槳葉設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)。

   二、檢測(cè)電機(jī)電調(diào)的響應(yīng),預(yù)估對(duì)飛行品質(zhì)的影響

著重檢測(cè)電機(jī)電調(diào)對(duì)于不同頻率激勵(lì)的響應(yīng),以及多電機(jī)的同步性。首先完成電調(diào)校準(zhǔn),而后以不同頻率(比如慢、中、快速)操作遙控器搖桿激勵(lì)電調(diào)電機(jī),查看電機(jī)的響應(yīng)是否能夠跟隨激勵(lì),有無(wú)明顯的延遲或卡頓和卡停現(xiàn)象,檢查電調(diào)如何處理給定的不同頻率的激勵(lì)信號(hào),有無(wú)濾波保護(hù)處理,以及短時(shí)過(guò)載保護(hù)等。尤其現(xiàn)在由于農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的火爆,很多廠家承接定制電機(jī)電調(diào),但在電機(jī)電調(diào)產(chǎn)品性能匹配方面有些會(huì)存在問(wèn)題,不能有效發(fā)揮電機(jī)的性能,出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)不良。當(dāng)然有時(shí)也是因?yàn)槎ㄖ齐姍C(jī)的問(wèn)題,存在嚴(yán)重的大慣性和非線性特性,并不適合應(yīng)用在多旋翼無(wú)人機(jī)上。在檢測(cè)同步性方面,可以使用遙控的一個(gè)通道同時(shí)連接所有電調(diào)電機(jī),以不同頻率(比如慢、中、快速)操作遙控器搖桿激勵(lì)電調(diào)電機(jī),查看所有電機(jī)的是否能夠同步跟隨激勵(lì)。

   三、安裝飛控

首次安裝飛控時(shí),可不考慮減震,使用比較厚軟的雙面膠將飛控粘到機(jī)體靠中心的位置。安裝飛控位置,避免動(dòng)力電源走線環(huán)繞在其周?chē)纬砷]環(huán)。安裝好飛控之后,按照使用說(shuō)明書(shū)完成飛控的校準(zhǔn),包括傳感器校準(zhǔn)、遙控器校準(zhǔn)、飛行模式設(shè)定等。校準(zhǔn)完成后,晃動(dòng)飛機(jī)姿態(tài),及調(diào)整無(wú)人機(jī)機(jī)頭方向,通過(guò)地面站查看飛控測(cè)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(wú)人機(jī)在地面靜止放置時(shí),地面站顯示飛控測(cè)量反饋的對(duì)地速度、垂向速度是否正確,有無(wú)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(zhǔn)正確,飛控狀態(tài)良好。

 談多旋翼無(wú)人機(jī)的“航前準(zhǔn)備”
 
    四、初次起飛,檢測(cè)機(jī)體狀態(tài),確定調(diào)試方向

初次飛行,選擇默認(rèn)參數(shù),在姿態(tài)模式起飛,起飛正常后,姿態(tài)懸停一段時(shí)間后降落。飛行時(shí)注意聽(tīng)電機(jī)聲音是否正常,聲音有無(wú)突變,有無(wú)尖銳聲音。本次飛行數(shù)據(jù)重點(diǎn)查看加速度計(jì)和陀螺儀數(shù)據(jù),考慮機(jī)體震動(dòng)情況及角速度震動(dòng)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(jī)的響應(yīng)情況(包括時(shí)延時(shí)間、飛行時(shí)間內(nèi)響應(yīng)是否一致,有無(wú)電機(jī)無(wú)反應(yīng)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(jī)是否是嚴(yán)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(guò)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(wèn)題。若震動(dòng)過(guò)大,首先考慮機(jī)體狀態(tài),確保槳平面一致,機(jī)械安裝部分無(wú)松動(dòng),電機(jī)無(wú)故障等。之后,震動(dòng)過(guò)大情況依然存在,則需考慮安裝減震墊。安裝減震墊會(huì)明顯改善加速度計(jì)測(cè)量噪聲,但安裝的減震墊剛度不合適會(huì)導(dǎo)致角速度測(cè)量噪聲惡化,起飛時(shí)會(huì)發(fā)生電機(jī)頻繁的加減速有自激振蕩的趨勢(shì),所以安裝減震墊后起飛時(shí)要密切關(guān)注電機(jī)響應(yīng),選擇合適剛度的減震墊。機(jī)體狀態(tài)調(diào)整到什么程度算完美?主要參考:加速度測(cè)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(cè)量可接受的情況下,進(jìn)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(jìn)行。首先調(diào)試角速度環(huán),若過(guò)沖和震蕩較大,適當(dāng)減小感度值,若實(shí)際角速度響應(yīng)達(dá)不到期望值,適當(dāng)增加感度值;若靜差過(guò)大,跟蹤效果不明顯,說(shuō)明非線性特性明顯,適當(dāng)增加慣性系數(shù),慣性系數(shù)較大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)慣性更大,飛行不流暢,過(guò)大則會(huì)引發(fā)震蕩;若存在過(guò)沖和震蕩,但過(guò)沖程度較小,同時(shí)角速度噪聲不大,數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,可適當(dāng)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(yīng)的情況下降低超調(diào),震蕩抑制系數(shù)過(guò)大則不僅不會(huì)抑制震蕩,還會(huì)引發(fā)惡化震蕩;每次變化值在原來(lái)數(shù)值基礎(chǔ)上變化5%-10%左右進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試到無(wú)過(guò)沖和震蕩,無(wú)靜差時(shí),查看跟蹤響應(yīng)時(shí)間,若響應(yīng)時(shí)間過(guò)大,可同時(shí)提高感度值和震蕩抑制系數(shù),提高響應(yīng)??商岣叩绞裁闯绦颍€得考慮電機(jī)的響應(yīng)情況,主要查看輸出控制量和角速度響應(yīng),考慮電機(jī)對(duì)于大控制量、小控制量、快變控制量、慢變控制量的響應(yīng)情況。若電機(jī)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(yīng)過(guò)程中,系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并根據(jù)電機(jī)的響應(yīng)情況調(diào)整系統(tǒng)設(shè)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(méi)有惡化原來(lái)測(cè)量的加速度和角速度噪聲;2、沒(méi)有過(guò)沖或過(guò)沖量很小,無(wú)連續(xù)震蕩;3、響應(yīng)時(shí)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(dǎo)致加重機(jī)體的震動(dòng)噪聲,這時(shí)可以選擇適當(dāng)較低對(duì)航向跟蹤特性的要求,并不會(huì)對(duì)飛行品質(zhì)造成很大的影響。

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