四轴飞控DIY调试起飞简明步骤

Posted 2022-05-19 lida2003

四轴飞控DIY调试起飞简明步骤

• 调试起飞简明步骤
• • Step1：飞控配置
  • Step2：试飞目标
  • • 测试内容
    • 坐标系
  • Step3：试飞方法
  • • 1.升降（Throttle）
    • 2.偏航（yaw）
    • 3.俯仰（Pitch）
    • 4.翻滚（Roll）
    • 5.悬停（hover）& 自稳（angle/auto）
  • Step4：试飞回顾

调试起飞简明步骤

DIY飞控，组装完了，接下去的步骤就是试飞，但是DIYer的角度远非机械组装就能够满足的，现在的DIY也不仅仅只是组装还有更多的考量内容，这里我们枚举一下在试飞之前需要的步骤：

1. 飞控配置（含信号完整性测试）
2. 试飞目标
3. 试飞方法
4. 试飞回顾

注：配置就一笔带过了。为了减少炸机的可能性并且根据一手试飞感悟，记录和保存这台Kakute F7 AIO F450试飞的问题并总结了一些经验，希望有类似问题的朋友也可以多多指点！

Step1：飞控配置

当然飞控固件烧录、配置，以及信号完整性测试必须在试飞之前完成，不同的飞控所用到的配置工具和信号完整性测试都不太一样.

注：网上这方面的文章和视频非常多，百度和Google下大体上都能搞定。这里就不在赘述。

【1】BetaFlight配置
【2】APM配置：英文说明，中文说明
【3】PixHawk配置：英文说明，中文说明

Step2：试飞目标

调试起飞，并不是为了验证飞控操作熟练度或者花式飞行效果，主要是为了测试DIY模型是否具备基本的飞行能力。

关于这里提及的“基本飞行能力”怎么理解？主要还是根据四轴运动原理来考量，如果这几个基本动作OK，试飞目标就达成！

【1】Drones | The complete flight dynamics
【2】Basic Physics of Drones

注：上面两个视频从完整飞行动力学和物理基础分析了四轴运动原理。

测试内容

好，试飞测试内容确定如下：

1. 升降（Throttle）
2. 偏航（yaw）
3. 俯仰（Pitch）
4. 翻滚（Roll）
5. 悬停（hover）
6. 自稳（angle/auto）

坐标系

• 惯性坐标系E（X，Y，Z）代表物体在三维空间中的位置。
• 机体坐标系B（$\varphi$，$\theta$，$\psi$）代表飞机绕X，Y，Z轴旋转的角度。

设飞行器机头朝向X轴正方向，飞机在XOY平面内，Z轴正方向是飞行器上方，则三个角欧拉$\varphi$，$\theta$，$\psi$柯林斯表示为：

• 俯仰角（pitch）$\theta$：机体轴与地平面（水平面）之间的夹角，飞机抬头为正;

• 偏航角（yaw） $\psi$：机体轴在水平面上的投影与地轴之间的夹角，以机头右偏为正，又称方位角;

• 滚转角（roll） $\varphi$：飞机对称面绕机体轴转过的角度，右滚为正，又称倾斜角。

Step3：试飞方法

估计Step2看了，都有跃跃欲试的感觉，其实我也是的。

从慎重细致的安全问题出发，就要好好思考一下，上面试飞内容就是直接上个空地去飞一下嘛？

当然，飞一下结果就很明朗了，但是安全问题：

1. 会不会方向失控？
2. 会不会失控空中坠落？
3. 如何知道电池不够需要降落？
4. 如果不稳定，降落如何操作?
5. 碰到车，人，这些危险后果如何处理?

• 正旋电机：#1 #4
• 反旋电机：#2 #3
• 前端电机：#2 #4
• 后端电机：#1 #3
• 左侧电机：#3 #4
• 右侧电机：#1 #2

1.升降（Throttle）

从飞行动力学原理上，升降背后的原理：电机带动桨叶克服重力做功。

• 升：四个电机，同时以相同的速度加速
• 降：四个电机，同时以相同的速度减速

测试方法A：电机不上桨叶

• 推油门，四个电机能否相同速度加速
• 拉油门，四个电机能否相同速度减速
• 油门最低，四个电机是否与解锁时速度一致

测试方法B：电机上桨叶，不离地

• 推油门，四个电机能否相同速度加速，【四个电机方向都有趋势上升】
• 拉油门，四个电机能否相同速度减速，四轴整体下降

2.偏航（yaw）

从飞行动力学原理上，偏航背后的原理：电机带动桨叶扭矩促使四轴围绕Z轴转向。

测试方法A：电机不上桨叶

• 往左推：正旋电机加速，反旋电机减速
• 往右推：正旋电机减速，反旋电机加速
• 回归中位：正、反旋电机转速一致

测试方法B：电机上桨叶，不离地

• 往左推：正旋电机加速，反旋电机减速，【四轴逆时针旋转趋势】
• 往右推：正旋电机减速，反旋电机加速，【四轴顺时针旋转趋势】

3.俯仰（Pitch）

从飞行动力学原理上，俯仰背后的原理：通过前端电机、后端电机带动桨叶，抬升或者下沉机身，促使四轴通过牛顿力学将提升力的部分分解到，前进和后退方向，此时如果是悬停状态，需要补充油门动力以弥补对抗重力的需求。

测试方法A：电机不上桨叶

• 往前推：前端电机减速，后端电机加速
• 往后拉：前端电机加速，后端电机减速
• 回归中位：前、后端电机转速一致

测试方法B：电机上桨叶，不离地

• 往前推：前端电机减速，后端电机加速，【四轴前倾趋势】
• 往后拉：前端电机加速，后端电机减速，【四轴后仰趋势】

4.翻滚（Roll）

从飞行动力学原理上，翻滚背后的原理：通过左侧电机、右侧电机带动桨叶，抬升或者下沉机身，促使四轴通过牛顿力学将提升力的部分分解到，左倾和右倾方向，此时如果是悬停状态，四轴将侧倾，并丢失高度下降。

测试方法A：电机不上桨叶

• 往左推：左侧电机减速，右侧电机加速
• 往右推：左侧电机加速，右侧电机减速
• 回归中位：左、右侧电机转速一致

测试方法B：电机上桨叶，不离地

• 往左推：左侧电机减速，右侧电机加速，【四轴左倾趋势】
• 往右推：左侧电机加速，右侧电机减速，【四轴右倾趋势】

5.悬停（hover）& 自稳（angle/auto）

从飞行动力学原理上，悬停背后的原理：通过四个电机提高转速克服重力，当电机提供的提升拉力等于重力，此时四轴悬停。由于四轴CG（Centre of Gravity）不一定完美，因此，需要适当配合俯仰，翻滚来调整自身稳定的空中定点悬停。

测试方法A：电机不上桨叶，无法测试
测试方法B：电机上桨叶，不离地
测试方法C：电机上桨叶，离地（50cm~1米）

• 打开自稳模式，推油门+遥控器微调+手动微调控制，确保空中定点悬停

上述试飞方法从安全性角度，最大限度降低风险，提前发现问题：

• 测试方法A采用的电机转速判断【不会伤人】；
• 测试方法B采用带桨叶，不离地四轴趋势判断【适当距离，局域可控】；
• 测试方法C采用带桨叶，离地（50cm~1米）【低空综合测试，局域可控】；

Step4：试飞回顾

总体上看，上述方法可以将危险降到最低，同时在正式起飞前，能比较早期的发现问题，及时解决。

同时也再次提醒，由于电机转速将近10K RPM（Revolutions Per Minute），所以非常容易伤人。

整个实验过程发现了一些问题：

1. 正反电机装错位置，导致桨叶旋转脱落，未达到锁紧效果（发生在电机与电调接线重新插拔后错误接线）
2. 解锁后，测试方法B，主要是看趋势，要确保油门不要将飞机起飞。比如：前后（Pitch），后端或者前端两个螺旋桨转速加速，抬起；左右（Roll），左侧或者右侧两个螺旋桨转速加速，抬起；观察飞机能否有正确运动趋势
   注：前提是飞控固件参数配置时，throttle，yaw，pitch，roll遥控器动作方向与PC配置软件上方向一致。如果不一致需要在遥控器上调整舵机方向（正向/反向）
3. 缓慢推动油门，观察飞机是否会在抬升过程直接翻滚过来。通常是电机旋转方向或者桨叶安装正反向方向问题（如果是锁紧螺母固定的桨叶，容易出现问题；自锁紧桨叶通常由于电机转向前面已经确认过，不太会出现上述问题）。
4. 四轴起飞发现出现一边飘逸，可能由于以下因素导致：微风、水平校准陀螺仪未校准（有一定角度倾斜）
5. 飞机出现振动或者不稳定，通常是PID调教问题。