Как выбрать квадрокоптер | Квадрокоптеры и гексакоптеры | Блог | Клуб DNS

Выбор гироскопов: что лучше высокая частота опроса или шум?

У IMU есть две основные характеристики: максимальная частота сэмплирования и насколько полученные данные будут зашумлены (механическими вибрациями и электрическими помехами).

В настоящее время очень часто используют микросхему MPU6000, которая поддерживает частоту опроса до 8k, и обладает (неоднократно проверено) хорошей устойчивостью к разного рода шумам и помехам. Главное стараться избегать MPU6500 и MPU9250, хотя у них больше рабочая частота, но и уровень шумов тоже значительно выше.

Учтите, что разные серии гироскопов ICM имеют разные характеристики. ICM20689 — один из худших вариантов, легко восприимчив к шуму, да и с надежностью проблемы. Если приходится выбирать из ICM, то берите модель 20602.

В последнее время появляется всё больше и больше ПК с гироскопами на отдельной плате с антивибрационной развязкой (кусок поролона, чтобы снизить вибрации от моторов).

Обновление (окт 2020). Начиная с версии Betaflight 4.1 нет поддержки частоты 32кГц, так что если вы используете гироскопы ICM с Betaflight, то looptime будет не больше 8кГц.

Скорость работы гироскопов — это палка о двух концах: если питание чистое, и шумов нет, тогда серия ICM на 32k будет работать лучше, чем MPU6000. Однако, если регуляторы и моторы начнут генерировать помехи, а коптер вибрирует, тогда ICM хуже, чем MPU6000.

Несколько советов как крепить ПК с демпферами (антивибрационное крепление) и использовать конденсаторы для фильтрации помех по питанию.

Итак, что такое lsb и как его посчитать? инструкция по добыче

Допустим, наш акселерометр сейчас работает в диапазоне измерений

, то есть полный размах возможных значений будет

. Соответствующие им значения напряжений оцифровываются 16-битным АЦП, который может разбить весь интервал максимально на

ступеней. Минимальный инкремент, который можно засечь, — это как раз одна ступенька

. Тут надо помнить, что счёт ведётся с нуля, так что на самом деле максимально измеряемое значение будет

. То есть, чем больше бит в цифровом слове АЦП или ЦАП, тем меньше будет расхождение. При этом

чувствительность (иногда называется масштабным коэффициентом, sensitivity scale factor)

датчика на конкретном диапазоне будет определяться как соотношение электрического выходного сигнала и механического воздействия. Традиционно указывается для частоты сигнала 100 Гц и температуры

Для MPU-9250 чувствительность составляет

ступеней на каждые g или

), для другого IMU, BMI088 от Bosch Sensortec, чувствительность гироскопа высчитывается так же, а для акселерометра используется

ступеней на каждое g.

Варианты FS вытаскиваем из спецификации на гироскопы и, чтобы дважды не вставать, акселерометры.

FS для акселерометров я брала ещё и из документации на BMI088 (см. ниже).

Гироскоп, 16 бит $(2^N = 65535)$Акселерометр, 16 бит $(2^N = 65535)$
Диапазон (FS), $^{circ}/s$ (dps)LSB, $^{circ}/s$ (dps)Диапазон (FS), gLSB, mg
$pm 125$ (FS = 250)0,004$pm 2$ (FS = 4)0,06
$pm 250$ (FS = 500)0,008$pm 3$ (FS = 6)0,09
$pm 500$ (FS = 1000)0,0015$pm 4$ (FS = 8)0,12
$pm 1000$ (FS = 2000)0,03$pm 6$ (FS = 12)0,18
$pm 2000$ (FS = 4000)0,06$pm 8$ (FS = 16)0,24
$pm 12$ (FS = 24)0,37
$pm 16$ (FS = 32)0,48
$pm 24$ (FS = 48)0,73

Всё, вроде бы, встало на свои места, можно идти дальше. В некоторых случаях (ниже, например, вырезка из документации на BMI088) отдельно указывается такой параметр, как разрешение (Resolution).

По факту, вроде бы, получается, что это должен быть LSB. Но почему тогда мы видим одно значение вместо нескольких, завязанных на конкретные диапазоны? Пришлось расширять список исследуемых источников в поисках ответов.

Bandwidth, она же frequency response (частотный отклик)

диапазон частот, в котором датчик обнаруживает движение и выдает действительный выходной сигнал. В некоторых спецификациях приводится частотная характеристика датчика — зависимость электрического выходного сигнала акселерометра от внешних механических воздействий с фиксированной амплитудой, но различными частотами.

В пределах полосы пропускания неравномерность частотной характеристики не превышает заданной. В случае применения цифрового фильтра низких частот выбор полосы пропускания как раз позволяет изменять частоту среза, неизбежно оказывая влияние на скорость отклика датчика на изменения положения в пространстве.

Для акселерометров MPU-9250 границы полосы пропускания определяются так, чтобы внутри диапазона спектральная плотность сигнала отличалась от пиковой (на частоте 0 Гц) не больше, чем на -3дБ. Этот уровень примерно соответствуют падению до половины спектральной плотности (или 70.

Итог: сигналы, прошедшие через ФНЧ, менее зашумлены, у них лучшее разрешение, но при этом меньшая полоса пропускания.

Поэтому указание разрешения в спецификации без привязки к полосе пропускания смысла не имеет.

Delay (ms), или откуда берётся задержка

Из необходимости сохранять во внутреннем буфере переменные для деления фильтром сигнала на разные частоты

Итого. Чем ниже частота обрезания фильтра, тем меньше шума в сигнале. Но тут надо быть осторожным, потому что одновременно с этим вырастает и задержка. Кроме того, можно пропустить полезный сигнал [8].

MPU-9250BMI088
Гироскоп, 16 бит
Диапазон (FS), $^{circ}/s$ (dps)Разрешение, бит (BW=92Hz)Диапазон (FS), $^{circ}/s$ (dps)Разрешение, бит (BW=64Hz)
$pm 125$8
$pm 250$9$pm 250$9
$pm 500$10$pm 500$10
$pm 1000$11$pm 1000$11
$pm 2000$12$pm 2000$12
Акселерометр
Диапазон (FS), gРазрешение, бит $(N_{PP}=32mg)$Диапазон (FS), gРазрешение (по X,Y), бит $(N_{PP}^XY=14mg)$
$pm 2$6$pm 3$8
$pm 4$7$pm 6$9
$pm 8$8$pm 12$10
$pm 16$9$pm 24$11

И это лишь самые основные параметры.

Откуда что бралось:

  1. Самый приятный документ от Freescale Semiconductor — «How Many Bits are Enough?»
  2. [EE] — «Resolution vs Accuracy vs Sensitivity Cutting Through the Confusion»
  3. [Время электроники] — «МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы»
  4. [LSB] — «An ADC and DAC Least Significant Bit (LSB)»
  5. [Measurement Computing] — «TechTip: Accuracy, Precision, Resolution, and Sensitivity»
  6. [KIT] — «Акселерометры Analog Devices — устройство и применение»
  7. [Easyelectronics] — «Сигма-дельта АЦП»
  8. [Радиолоцман] — «Магнитометры: принцип действия, компенсация ошибок»
  9. [SO] — «Noise Measurement»
  10. [Mide] — «Accelerometer Specifications: Deciphering an Accelerometer’s Datasheet»
  11. [CiberLeninka] — Delta-Sigma ADC Filter
  12. [SciEd] — «Особенности реализации цифровой фильтрации с изменением частоты дискретизации»
  13. [MPU6050] — «Using the MPU6050’s DLPF»
  14. [MPU9250_DLPF] — MPU9250 Gyro Noise DLPF work investigation
  15. Understanding Sensor Resolution Specifications
  16. Siemens Digital Signal Processing
  17. МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics
  18. [TMWorld] — «Evaluating inertial measurement units»
  19. [Sklyar] – Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение.

Актуальность.

Новым течением в современном авиамоделизме является построение мультикоптеров – беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с четным количеством роторов, вращающимися диагонально в противоположных направлениях. В случае, когда двигателей четыре, такой БПЛА называется – квадрокоптер.

Необходимость стабилизации полёта квадрокоптера вытекает из принципа его работы. Например, стабильность полёта планера или самолета обусловлена их устойчивостью, т.е. возможность восстанавливать без вмешательства пилота кинематические параметры невозмущенного движения и возвращаться к исходному режиму полёта после прекращения действия возмущений. Квадрокоптер же таким свойством не обладает и при малейшем внешнем воздействии начинается «неуправляемое снижение».

Для того чтобы эффективно стабилизировать квадрокоптер в полете необходимо:

  • Иметь возможность определения, в каком состоянии находится система в данный момент.
  • Иметь возможность оказывать управляющие воздействия на систему.
  • Знать, в каком состоянии будет поддерживаться система.

Для определения состояния системы используют различные датчики (гироскоп, акселерометр, магнитометр, высотомер и т.д.) обеспечивающие обратную связь. Управляющее воздействие оказывают посредством изменения скорости вращения двигателей. Например, если БПЛА наклонился на левый бок, то соответственно необходимо увеличить обороты левого двигателя и уменьшить обороты правого.

В первую очередь для стабилизации квадрокоптера, необходимо знать его абсолютное положение в пространстве. Стабилизация осуществляется по ряду параметрам: высоте, углам, линейным перемещениям.Так как квадрокоптер является летательным аппаратом, для углов наклона используются авиационные термины: тангаж (в плоскости оси Х), крен (в плоскости оси У) и рыскание (в плоскости оси Z).

Самым рациональным решение для квадрокоптера, будет использование микроэлектромеханических (MEMS) датчиков. Они имеют малые массогабаритные показатели, высокое быстродействие, функциональность и надежность, но и имеют ряд недостатков, таких как зависимость показаний от температуры, дрейф нуля, чувствительность к вибрациям.

Для определения крена, тангажа и рыскания воспользуемся гироскопом, являющимся датчиком моментальных угловых скоростей вокруг оси. Для определения угла с помощью гироскопа необходимо интегрировать его показания, например методом прямоугольников [1]:

где α – текущее значение угла, α0 – предыдущее значение угла, ω – текущее значение угловой скорости, t – время между измерениями.

Т.е. гироскоп опрашивается постоянно с временным интервалом t, получаем моментальное значение угловой скорости ω и вычисляем текущее значение угла (a) прибавив к предыдущему значению угла (a0) приращение за данный промежуток времени.
Но при таком подходе вместе с приращением постоянно суммируется и ошибка, вызванная погрешностью гироскопа.

При этом сами показания гироскопа имеют большой разброс, поэтому рекомендуется применять усреднение показаний, например методом скользящего среднего. В данном алгоритме использовалось усреднение по 5 точкам. Если увеличить количество точек, то система может реагировать на изменение угла с запаздыванием. Поэтому рекомендованное количество точек не больше 10.

Ввиду вышеперечисленного, периодически необходимо корректировать значения вычисленных углов. Для такой корректировки используется акселерометр, измеряющий проекцию кажущегося ускорения на чувствительную ось. Иными словами на выходе акселерометра мы имеем значение суммы проекции ускорения свободного падения (G) и проекции абсолютного ускорения объекта на чувствительную ось (Рис. 2).

Если система находится в статическом положении или движется с постоянной скоростью (собственное ускорение равно нулю), то углы наклона рассчитывается по следующим формулам (для трехосевого случая):

Для одноосевого случая:

Здесь Ax, Ay, Az – проекции вектора ускорения свободного падения на оси X, Y, Z соответственно. Как известно, тангенс дает углы от -90 до 90 градусов. Для получения всех 360, используют функцию atan2.

Но акселерометр выдает точные значения только в состоянии покоя. В движении к показаниям прибавляется проекция вектора собственного ускорения и значение угла «уплывает». Именно поэтому в такой динамичной системе как квадрокоптер, акселерометр используется лишь для коррекции значений углов.

Также отсюда вытекает еще одна особенность. Используя лишь акселерометр, скорректировать возможно лишь углы крена и тангажа (выровнять относительно горизонта). Но скорректировать угол рыскания не представляется возможным из-за совпадения оси вращения с вектором G.

Для решения этой проблемы используют магнитометр (цифровой компас), который вводит еще один вектор в систему [2]. Магнитометр же имеет свои недостатки, основной из которых – низкая точность. Погрешность может достигать 5 градусов, а рядом с двигателями квадрокоптера и силовых линий питания эта погрешность только возрастет.

Анатомия гоночного квадрокоптера (часть 1)

Здравствуйте!

После того, как я опубликовал видео пилота FinalGlideAus, вопросы про гоночные квадрокоптеры просто таки посыпались.

Я постарался ответить на все, но ещё пообещал сделать пост о том, как же эти маленькие проворные негодяи устроены.

Обещал — делаю!

В первой части мы рассмотрим рамы, моторы, регуляторы скорости и пропеллеры. Во второй части я расскажу про полётные контроллеры. Третью часть хотелось бы посвятить FPV-оборудованию, а в четвёртой я расскажу про LiPo-аккумуляторы.

По сути, в устройстве квадрокоптера нет ничего сложного. Он состоит из таких основных элементов:

• Рама

• Моторы

• Пропеллеры

• Регуляторы скорости

• Полетный контроллер

• Аккумулятор

• Приёмник радиоуправления (и его антенна)

Есть такое направление полётов, когда пилот видит то, что “видит” его квадрокоптер. Такая штука в RC-хобби называется FPV (First-person view). Она требует некоторых своих независимых компонентов, а именно:

Смотрите про коптеры:  Официальный дилер DJI в России: сайт магазина квадрокоптеров

• Камеры

• Передатичка видеосигнала

• Приёмника видеосигнала

• Видео-очков/виде-шлема или монитора

Давайте детально рассмотрим анатомию гоночного квадрокоптера. Чтобы ты смог лучше ориентироваться, я сделал небольшую схему, где постарался отделить основные компоненты квадрика. Их мы сегодня и рассмотрим.

0. Рама

Основа всего. Поэтому я и отметил данный пункт цифрой «0».

В гоночных квадрокоптерах используются рамы 280-130 размера.

Что такое «размер рамы»? Это расстояние в миллиметрах между осями двух противоположных моторов. Соответственно, рама 250 размера будет иметь диагональное расстояние между осями моторов в 250мм.

Сейчас особо популярны так называемые «мелколёты» — квадрики на раме 180 размера и меньше. Такие квадрики очень лёгкие, и, как следствие, нужно намного меньше мощности для поднятия их в воздух. В следствие чего уменьшается вес моторов и аккумулятора.

Материалы рамы:

В гоночном коптеростроении фигурируют четыре основных материала: карбон, стекловолокно, алюминий и нейлон.

Рамы, в основном делают из первых двух: карбона или стекловолокна. Основное отличие между ними в прочности и, соответственно, цене — карбоновые рамы прочнее и дороже. Есть также комбинированные рамы, где некоторые детали выполнены выполнены из более прочного карбона, а всё остальное — стекловолокно.

Вторые два материала (алюминий и нейлон) используются для изготовления проставок и стоек для рамы. Разница, очевидно, в весе — нейлон намного легче. Однако нейлон может погнуться или вовсе сломаться.

Наиболее популярные рамы на данный момент:

Lumenier QAV280/QAV250/QAV210/QAV180, ImpulseRC Alien 5″, ZMR250, Lantian LT-130, а также их всевозможные китайские реплики и модификации.

1. Моторы

В хобби радиоуправляемых моделей на электрической тяге используются бесколлекторные (БК) электродвигатели. Гоночные квадрики — не исключение.

Основное отличие БК-моторов от коллекторных в отсутствии щёток, поэтому их ещё иногда называют «бесщёточными».

Просто так их крутиться не заставишь — нет понятия «плюс» и «минус». На выходе три провода, а для управления таким двигателем нужен контроллер, который называется «ESC».

Принцип работы БК-моторов — попеременное включение обмоток двигателя, что создаёт магнитную силу и притягивает к обмоткам постоянные магниты, расположенные на внешнем корпусе двигателя, тем самым вращая его.

Основные характеристики моторов:

• Напряжение питания. Указывается в «баночном эквиваленте» — количестве банок LiPo-аккумулятора, которые сможет «переварить» мотор. Одна банка — 3.7 вольт.

• KV-число. Количество оборотов на вольт. Чем выше этот параметр у моторов — тем более резким получится квадрокоптер. Типичные числа для гоночных квадрокоптеров — 2000-2400KV.

• Максимальный ток.

На гоночных квадрокоптерах используют моторы типоразмеров 1806-2206. Такие маленькие моторчики (размер всего 27*14мм, вес — 26 грамм) способны выдавать колоссальную мощность в 500 Вт и тягу до 1100 грамм на один мотор. Обороты тоже не менее колоссальны: 32000 об/м.

Наиболее популярные моторы:

DYS BE1806 2300KV, Emax RS2205 2300KV (Racing Edition), Cobra CM-2204/28 23KV, Lumenier RX2206 2350KV.

2. Регуляторы скорости (ESC)

Немного отступим от нумерации, потому что этот пункт связан с моторами намного теснее, чем  пункт про пропеллеры.

Регулятор скорости (ESC, Electronic Speed Controller) — устройство, регулирующее обороты и, как следствие, мощность двигателя. Представляет из себя плату с силовыми транзисторами, микроконтроллером и его обвязкой.

Основной задачей ESC является коммутация подаваемого напряжения таким образом, чтобы заставить ротор вращаться. Регулятору нужно определить положение ротора (благодаря эффекту Холла) и переключать напряжение на обмотках двигателя таким образом, чтобы ротор вращался. Это полноценный микрокомпьютер.

Основными характеристиками ESC есть:

• Максимальный коммутируемый ток.

• Максимальное напряжение (в «баночном» эквиваленте)

• Тип процессора и его частота

• Наличие и характеристика BEC-а

• Прошивка регулятора.

Если с первыми двумя пунктами всё понятно, то с процессором, BEC-ом и прошивкой не всё так однозначно. Давайте разбираться.

Первые регуляторы скорости управлялись чипами компании ATMEL: как правило, ATMega8. Современные же, «топовые», регуляторы начали делать на базе процессоров SiLabs: они попросту быстрее, что на таких оборотах несомненно идёт на пользу — регулятор способен быстрее коммутировать нагрузку и реагировать на изменение обстановки.

BEC — встроенный стабилизатор напряжения для питания бортового оборудования квадрокоптера (например, полётного контроллера). Имеет напряжение 5V и ток до 2A. Топовые регуляторы, как правило, им не оснащаются. Сам же регулятор питается сам от себя.

Прошивка ESC — программа, управляющая всеми функциями регулятора. Помимо того, что она должна быстро реагировать на изменение сигнала от полетного контроллера, молниеносно меняя скорость вращения двигателя, современные прошивки обладают рядом интересных возможностей:

• Активное торможение. Если просто уменьшить ток, подаваемый на моторчик, он по инерции некоторое время ещё будет крутиться на прежней скорости, постепенно сбрасывая её до заданной. На гоночных квадриках с молниеносной реакцией это не нужно. Поэтому контроллер попросту притормаживает ротор, некоторое время подавая ток только на одну обмотку. Электромагнитная сила притягивает постоянные магниты ротора, и он сбрасывает обороты намного быстрее.

• Изменение направления вращения двигателя «на лету». Таким образом можно летать вверх ногами. А почему бы и нет? Используется для 3D-пилотажа.

• Поддержка протокола Oneshot125. Это когда полётный контроллер не посылает PWM-сигнал постоянно, а посылает команду управления ESC только тогда, когда нужно изменить обороты двигателя.

Наиболее популярные прошивки: BLHeli и SimonK Firmware.

Наиболее популярные регуляторы скорости: KISS 12A/20A (BLHeli), DYS BL20A (BLHeli)/DYS SN20A (SimonK), FVT LittleBee.

3. Пропеллеры

То, что создаёт подъёмную силу. То, благодаря чему квадрокоптер и летает.

Изготавливают их из нейлона, из композита (стекловолокно и пластик) и из карбона. Последние самые прочные, но не самые лучшие по лётным характеристикам (большой вес и проблемы с балансировкой).

Пропеллеры — расходный материал. Практически каждое падение заканчивается сломанным пропеллером. Часто, даже не одним.

Имеют три основные характеристики: материал, размер и угол атаки. Если с материалом всё понятно, то с размером и углом атаки не очень.

Размер: длина от края до края пропеллера в дюймах. Угол атаки — угол, под которым плоскость лопастей пропеллера наклонена относительно поверхности.

Записываются эти характеристики так: 5×4.5 (проп размером 5 дюймов и углом атаки 4.5), или так: 6030 (проп размером 6 дюймов и углом атаки 3).

Больше размер — больше тяга, но также больше нагрузка на двигатель. Соответственно, чем больше пропеллер, тем более мощный двигатель нужен. Больше угол атаки — больший объём воздуха выталкивает пропеллер, но опять-таки, больше нагрузка. Переборщите с нагрузкой — сгорит сначала двигатель, а потом и регулятор.

Также большие пропеллеры несовместимы с большими оборотами — пропеллер более 7 дюймов на моторе 2300KV просто сломается.

В гоночных квадрокоптерах используются пропеллеры 4030, 4045, 5030, 5045, 6030 и даже 6045. Из производителей стоит отметить Gemfan и HQProps.

Например, мотор Cobra CM-2204/28 2300KV с пропеллером 6х4.5 (6045) на аккумуляторе 4S (14.8в) на максимальных оборотах выдаёт мощность 480Вт, тягу более 1 кг и «жрёт» 30А.

Также сейчас популярны пропеллеры типа «Bullnose» — со срезанными окончаниями. Это уменьшает вихревые потоки и увеличивает эффективность.

На сегодня всё. Спасибо большое всем, кто дочитал пост до конца.

Если у вас есть какие-то вопросы — смело задавайте их в комментариях, я постараюсь на них ответить.

Также буду рад любой критике поста и прислушаюсь ко всем советам.

С уважением.

Варианты выбора квадрокоптеров

Недорогой квадрокоптер начального уровня с FPV-камерой и передачей видео на экран смартфона поможет вам овладеть навыками управления дроном. Правда, запускать его следует в зоне уверенного приема WiFi от роутера.

Квадрокоптер с GPS не потеряется при потере сигнала от пульта.

Квадрокоптер с продолжительностью полета от 20 минут и дальностью от километра уже пригоден для выполнения серьезных задач.

Если вы любите скорость, выбирайте среди быстрых вадрокоптеров.

Если вы собираетесь пускать квадрокоптер на улице, выбирайте среди моделей с удержанием точки высоты, иначе потоки воздуха будут мешать управлению.

Вернёмся к разрешению

В спецификации на MPU-9250 сведений о разрешении в принципе нет, для BMI088 под именем «Разрешение» представлены цифровое разрешение (LSB) и чувствительность»:

Оценить разрешение для каждой полосы пропускания можно по пиковому шуму $Noise_{pk-pk} = Total Noise_{RMS} times CrestFactor = Total Noise_{RMS}times 4.$ Среднеквадратичная величина шума на выходе связана с указанной в спецификации спектральной плотностью (а вернее, корнем из неё) и эквивалентной шумовой полосой пропускания (equivalent noise bandwidth, ENBW, — полоса пропускания эквивалентной системы, имеющей прямоугольную АЧХ и одинаковые с исходной системой значение на нулевой частоте и дисперсию на выходе, при воздействии на входы систем белого шума):

А шумовая полоса пропускания связана с 3dB полосой коэффициентами, соответствующим порядку низкочастотного фильтра:

Судя по исследованию в [MPU9250_DLPF], наш выбор 1.57. Полученное среднеквадратическое значение учитывает вклад белого шума (ни шума квантования, ни механического шума там нет). Например, для акселерометра расчётное значение для

получается

. При этом в спецификации отдельно указан полный среднеквадратичный шум

Расхождение значительное. К сожалению, он указан лишь для одной полосы, а для акселерометра BMI088 в спецификации указано только PSD. Так что будем использовать что есть. Кросс-фактор возьмём 4. Теперь самое интересное. Отношение

даст примерный порядок эффективных бит на данном диапазоне измерений, который прилично меньше 16-битного разрешения АЦП.

Виды квадрокоптеров

По размеру квадрокоптеры принято делить на классы в соответствии с размером диагонали (расстоянием между осями диагонально расположенных двигателей) – числа 200, 250, 350, 450 и т.д. в описании квадрокоптера как раз означают размер диагонали в мм. Квадрокоптеры до 200 размера принято относить к микроклассу.

Чем меньше размер квадрокоптера, тем он «игрушечней». Четкого разделения тут нет, бывают и полупрофессиональные модели микро-размера, и недорогие игрушки 350 класса. Но чем больше размер квадрокоптера, тем он более устойчив к воздушным потокам, а, следовательно, более приспособлен к полету на открытом воздухе.

По характеру использования квадрокоптеры разделяют на «игрушки» начального уровня, «любительские» – среднего уровня и профессиональные. Также можно выделить отдельный класс гоночных квадрокоптеров.

Квадрокоптеры начального уровня отличаются, в первую очередь, малым временем полета (около 10 минут) и малым радиусом действия (до 100 м). Как правило, такие модели не оснащаются GPS, датчиками удержания позиции и не приспособлены для полетов на открытом воздухе.

Модель начального уровня может использоваться для получения навыков пилотирования (при наличии на ней более-менее приличной FPV-камеры) или как игрушка для ребенка. В последнем случае обратите внимание на наличие защиты лопастей — скорость вращения винтов весьма высока, и отсутствие защиты может привести к травмам.

Квадрокоптеры любительского уровня уже могут держаться в воздухе 15-20 минут и удаляться от пульта на расстояние до километра. Для таких моделей крайне желательно наличие опций удержания высоты и удержания позиции.

Квадрокоптеры профессионального уровня способны проводить в воздухе продолжительное время и удаляться на километры. Они оснащены качественными GPS модулями, предотвращающими потерю дрона при отключении пульта – квадрокоптер самостоятельно вернется на точку старта по сохраненной в памяти локации.

Отдельная тема квадрокоптеров этого уровня – поддержка профессиональной фото- видеосъемки. Специализированные модели оснащены стабилизирующим подвесом камеры и имеют набор «операторских» функций – облет заданной точки с её съемкой, следование за оператором, изменение ракурса съемки и фокусного расстояния камеры и т.д.

Смотрите про коптеры:  Купить квадрокоптеры и дроны по низкой цене

Гоночные квадрокоптеры по многим параметрам попадают в любительские или даже игрушечные, но таковыми вовсе не являются. Радиус действия у них может быть невелик, навигационные функции могут отсутствовать, как и стабилизирующий подвес.

Отличительными особенностями гоночных дронов являются мощные двигатели, качественная FPV-камера с надежным каналом передачи и модульная конструкция – большинство «гонщиков» предпочитают собирать свои модели из отдельных элементов. Кроме того, частые для гоночных «квадриков» столкновения с препятствиями на высокой скорости постоянно приводят к поломкам винтов, лучей рамы и других деталей – модульная конструкция позволяет минимизировать затраты на ремонт.

Где применяется акселерометр?

Датчик ускорения применяется в самых различных сферах:

  • Навигационные устройства летательных аппаратов. Без приборов на основе гироскопов и акселерометров не может обойтись ни один самолет, вертолет и даже квадрокоптер. Так, например, для работы квадрокоптера необходимо минимум три гироскопа.
  • Автомобили. В автомобилях акселерометр интегрируется в системы безопасности и стабилизации. Прибор определяет экстренное торможение или дорожно-транспортное происшествие и запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности срабатывать.
  • Промышленность. Датчики активно используются в различных станках, агрегатах и производственных линиях в системах защиты для отключения питания в случае поломок или при достижении критических значений.
  • Электроника. В компьютерах и ноутбуках акселерометр применяется для защиты жестких дисков от ударов и падений. В случае обнаружения падения прибор отдает команду считывающим головкам принять безопасное положение для избегания повреждения диска и потери данных.
  • В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за смену ориентации экрана при повороте корпуса, а также за управление игровым процессом при наклонах гаджета. В фитнес-браслетах и часах акселерометр применяется для подсчета шагов, отслеживания сна и активации экрана поднятием запястья.
  • Бытовая техника. Да, акселерометрами могут оснащаться даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах акселерометр, обнаружив его падение, отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.

Гироскопы (gyro), инерциальная навигация (imu)

Цель датчиков на ПК определить ориентацию коптера в пространстве и отследить его движения. Микросхема с датчиками (IMU) содержит как гироскопы, так и акселерометры.

Самые часто используемые полетные режимы Betaflight — это, наверное, Acro (акро, или ручной режим) и Angle (самовыравнивание). В акро режиме используются только гироскопы, а в Angle и гироскопы, и акселерометры.

А т.к. большинство пилотов FPV дронов летают в Acro, то акселерометры часто просто отключаются в настройках Betaflight, это позволяет сэкономить вычислительные ресурсы. По этой же причине под инерциальной навигацией обычно подразумевают только гироскопы (gyro).

Наиболее популярные гироскопы, используемые в полётниках:

IMUСпособ подключения, шиныМакс. частота сэмплирования
MPU6000SPI, i2c8K
MPU6050i2c4K
MPU6500SPI, i2c32K
MPU9150*i2c4K
MPU9250*SPI, i2c32K
ICM20602SPI, i2c32K
ICM20608SPI, i2c32K
ICM20689SPI, i2c32K

* MPU9150 — это MPU6050 со встроенным магнитометром AK8975, а MPU9250 — это MPU6500 с тем же магнитометром.

Выяснить тип можно взглянув на маркировку микросхемы, вот для примера популярный вариант Invensense MPU-6000.

Инвертирование сигнала последовательного порта

Процессоры F3 и F7 могут инвертировать сигнал встроенным инвертором, а F1 и F4 — нет.

Сигналы Frsky SBUS и SmartPort являются инвертированными, поэтому владельцам ПК на F3 и F7 повезло, такие данные понимаются без проблем (F3 и F7 — более новые серии процессоров, подробнее тут).

Однако, более старые процессоры, типа F1 и F4 требуют наличия внешнего инвертора сигнала, который и подключается к соответствующему последовательному порту. Для удобства пользователей некоторые ПК на F4 уже имеют схемы для инверсии сигналов SBUS и SmartPort, так что приемник подключается напрямую к ПК.

Если портов не хватает, можно использовать программную эмуляцию (soft serial) чтобы «создать» ещё больше портов. К сожалению, эмулируемые порты работают медленнее аппаратных (нельзя выставить большую скорость) и не подходят для важных задач, где требуется быстрая реакция, например не подойдут для работы с приемниками. Ну и, конечно, программная эмуляция требует довольно много ресурсов процессора.

Как работает акселерометр?

Большинство устройств оснащается емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами. Часто акселерометр представляет собой микроэлектромеханическую систему (MEMS), содержащую несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Размер же прибора обычно не превышает габариты спичечной головки.

Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне 1
Механический акселерометр

Объяснить принцип работы акселерометра проще на механическом приборе. Он состоит из пружины, прикрепленной к корпусу, подвижной массы и демпфера. Масса или, проще сказать, грузик, крепится к пружине. С обратной стороны грузик поддерживает демпфер, гасящий вибрации грузика.

Во время ускорения корпуса пружина деформируется (растягивается или сжимается) по противоположным осям под воздействием грузика, стремящегося сохранить свое первоначальное положение, то есть отстать или опередить корпус. На величине деформации и основываются вычисления прибора.

Для получения информации о положении предмета в трехмерном пространстве используется три таких прибора, объединенных в один комплекс.

Конечно же, никто не будет «запихивать» в компактный фитнес-браслет или смартфон такую громоздкую конструкцию. Поэтому она заменяется миниатюрным чипом. Хотя чип и более сложный, чем прибор с шариком и пружиной, он имеет те же основные элементы.

У такого чипа имеется корпус, который крепится к часам или смартфону, «гребенчатая» секция с отведенными по сторонам пластинами и ряд фиксированных пластин, снимающих показания. Эта секция может перемещаться вперед и назад, изменяя значение напряженности поля вокруг контактов.

Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне 2
Внутренняя работа акселерометра

Но самое интересное, как изготавливаются такие акселерометры. При толщине примерно 500 микрон ни один инструмент не сможет его создать. Вместо этого инженеры используют некоторые уникальные химические свойства кремния и силикона с другими веществами.

Также понять как работает акселерометр поможет короткое видео ниже:

Камера

Наличие камеры выводит квадрокоптер на более высокий уровень и значительно увеличивает интерес покупателей. Производители это понимают и сегодня камерой оснащены девять из десяти моделей даже в «игрушечном» сегменте. Однако камера камере рознь.

Самый печальный случай – когда дрон может только вести запись с камеры на флешку, а передавать видео оператору – не может. Смысла в такой камере мало, и подобные модели производятся скорее с расчетом на неопытного покупателя, не видящего разницы между наличием камеры и FPV.

FPV (First Person View – вид от первого лица) подразумевает возможность передачи видеопотока с камеры на пульт оператора в реальном времени. Если вы хотите ощутить чувство самостоятельного полета и научиться управлять дроном по камере, вам нужна модель именно с FPV. Но тут тоже есть тонкости.

Самые простые «квадрики» с FPV используют в качестве экрана смартфон оператора (обычно при этом на пульте есть крепление для смартфона).

С одной стороны, это сильно снижает цену комплекта за счет отсутствия в нем экрана. С другой стороны, чаще всего в таких комплектах передача видео (а порой – и управление) осуществляется по WiFi. То есть, для передачи данных, и сам квадрокоптер, и пульт постоянно должны быть в пределах действия вашей сети WiFi.

Это сильно ограничивает радиус действия камеры и делает её подверженной помехам от других сетей WiFi. Обычно с такой камеры хорошее изображение без рывков и «подвисаний» бывает только в непосредственной близости (десятки метров) от источника сигнала WiFi.

Не надо путать передачу видео по WiFi с цифровой передачей видео по специальным стандартам наподобие OcuSync, lightbridge или Dronebridge. Эти стандарты хоть и используют те же частоты и принципы связи, что и WiFi, но протоколы обмена данными у них другие и наличия сети WiFi они не требуют – передача данных идет напрямую от передатчика в дроне к приемнику в пульте.

Такие технологии обеспечивают наилучшее качество видеосигнала и используются в профессиональных моделях для выполнения качественной видеосъемки с воздуха. При этом некоторые модели так же используют экран смартфона для вывода видео, но передается оно в смартфон по USB-кабелю, подключенному к пульту.

Передача видеосигнала в аналоговом формате с выводом на экран пульта – оптимальное решение для FPV, обеспечивающее приемлемое качество изображения и высокую частоту смены кадров (fps).

Аппаратура для передачи аналогового видеосигнала стоит недорого, что и определяет её повсеместное использование в квадрокоптерах. Аналоговая передача видеосигнала используется в гоночных квадрокоптерах, в «приличных» моделях любительского сегмента и в профессиональных моделях – для управления дроном.

Если для управления картинки с жестко закрепленной FPV-камеры достаточно, то для воздушной съемки этого уже мало. Поэтому профессиональные «съемочные» дроны оснащены подвесами – механизированными кронштейнами для крепления камеры, обеспечивающими её стабилизацию при маневрах дрона и изменение ракурса по команде оператора.

*{padding:0;margin:0;overflow:hidden}html,body{height:100%}img,svg{position:absolute;width:100%;top:0;bottom:0;margin:auto}svg{left:calc(50% — 34px)}Как выбрать квадрокоптер | Квадрокоптеры и гексакоптеры | Блог | Клуб DNS» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen>

Подвесы бывают 1, 2-х и 3-х осевые, способные скорректировать отклонения по одной, двум и трем осям соответственно.

Минимум для нормального видео – 2-х осевой подвес, одноосевой (которым оснащены некоторые любительские модели) компенсирует только «кивание» дрона, его «качание» такой подвес не компенсирует – видео будет дергаться.

Камеры на предназначенных для видеосъемки квадрокоптерах также используются более высокого уровня – с качественной оптикой, с возможностью съемки HD-видео с большим fps и т.д. Некоторые профессиональные квадрокоптеры не имеют в комплекте камеры – её требуется докупать отдельно, а иногда и вместе с подвесом.

Отличительная особенность профессиональных дронов для воздушной съемки – расширенные «операторские» возможности и интеллектуальные режимы съемки: облет, следование за объектом, съемка панорам и т.д.

Здесь можно отметить отдельный класс селфи-дронов – миниатюрных квадрокоптеров, имеющих малый радиус действия, управляющихся обычно со смартфона и предназначенных для съемки селфи-видео. Несмотря на «игрушечные» характеристики, такие квадрокоптеры обычно несут неплохую HD-камеру и зачастую обладают функциями интеллектуальной съемки, присущими профессиональным моделям.

Наследие древнего рима

Частота дискретизации децимация $Delta Sigma $-АЦП = скорость обновления данных (digital output data rate, ODR)

С частотой дискретизации (она же частота семплирования) всё понятно — это количество взятых за секунду точек непрерывного по времени сигнала при его дискретизации АЦП. Измеряется в герцах.

Для того, чтобы в выборку попало значение, приближенное к пиковой амплитуде сигнала, важно брать частоту дискретизации минимум в 10 раз больше частоты полезного сигнала. MPU-9250 предлагает три варианта Fs = 32kHz, 8kHz, 1kHz.

Но это абсолютно не значит, что сигнал на выходе акселерометра или гироскопа появляется с тем же периодом.

Если взять те же дроны, тут всё упирается в борьбу за снижение энергопотребления, повышение скорости вычислений и снижение шума выходных данных. Можно понизить частоту обновления данных на выходе, позволив внутренним алгоритмам интегрировать входную информацию в течение некоторого периода времени.

Тут лучше сразу вспомнить теорему Котельникова. Она обещает, что при дискретизации аналогового сигнала можно избежать потерь информации (то есть восстановить сигнал без искажений), если частота полезного сигнала будет не больше половины частоты дискретизации, называемой также частотой Найквиста.

Смотрите про коптеры:  | Аппаратура радиоуправления | Подбор сервомеханизмов для рулей моделей самолетов

На практике классический антиалайзинговый фильтр (фильтр низких частот, уменьшающий вклад побочных частотных компонентов в выходном сигнале до пренебрежимо малых уровней — ГОСТ Р 8.714-2020) требует в большинстве случаев разницу минимум в 2.5 раза [Siemens].

Для Fs = 32kHz частота Найквиста будет 16kHz. При этом полезный сигнал вряд ли выйдет за полосу fa = 20Hz (мало кто может менять направление движения чаще 20 раз в секунду). Итого, частота дискретизации значительно превышает частоту, требуемую для сохранения информации, содержащейся в полосе fa (40Hz, в 400 раз превышает), то есть полезный сигнал избыточно дискретизирован.

Полоса между частотами fa и fs-fa не содержит никакой полезной информации. Можно уменьшить частоту дискретизации (на диаграмме это сделано с коэффициентом М, [7]), проредив последовательность семплов (отсчётов). Этот процесс и называется децимацией.

Согласно спецификации на MPU-9250, акселерометры снабжены сигма-дельта АЦП. Схемы на его основе потребляют минимальную мощность. Надо отметить, что полоса пропускания у данных преобразователей весьма узкая, не превышает звукового диапазона [Easyelectronics], но для штатного квадрокоптера больше и не нужно. Состоят они из двух блоков: $ Sigma Delta $-модулятора и цифрового децимирующего фильтра низких частот.

Спектральная плотность

Иногда сигнал удобнее рассматривать в частотной области, где его описание называется

спектром

(зависимость амплитуды и фазы от частоты). Одна из возможных характеристик шума в спецификациях зовётся

power spectral density of noise (PSD), noise spectral density, noise power density,

или попросту

noise density

). Описывает распределение мощности шума по диапазону частот. Вне зависимости от представления электрического сигнала через ток или напряжение мгновенную рассеиваемую на нагрузке мощность можно нормировать (R = 1 Ом) и выразить её как

Средняя мощность, рассеиваемая сигналом в течение промежутка времени

Мощность – скорость поступления энергии. Через энергию определяются детерминированные и непериодические сигналы. Периодические и случайные сигналы выражаются через мощность, поскольку они не ограничены по времени и, соответственно, энергии, при этом в любой момент времени их средняя мощность отлична от нуля

Можно вспомнить [Sklyar], что произвольный периодический сигнал выражается через комбинацию бесконечного числа гармоник с возрастающими частотами:

что после представления косинуса и синуса в экспоненциальной форме

и замены

можно записать в виде

где комплексные коэффициенты (спектральные компоненты) ряда Фурье для

$$display$$begin{equation} c_n = frac{1}{T_0}int^{T_0/2}_{-T_0/2} x(t)e^{-i nomega t},dt = begin{cases} frac{1}{2}(a_n-ib_n), & n>0\ frac{a_0}{2}, & n=0\ frac{1}{2}(a_n ib_n), & n<0 end{cases} end{equation}$$display$$

В общем случае эти коэффициенты представимы следующим образом:

Амплитудным и фазовым спектром называют графики зависимости

от частоты. Спектральная плотность мощности

периодического сигнала

даёт распределение мощности сигнала по диапазону частот:

и имеет размерность

Средняя нормированная мощность действительного сигнала будет

Непериодические случайные сигналы (в частности, шум) можно описать как периодические в предельном смысле. Если

стремится к бесконечности, последовательность импульсов превращается в отдельный импульс

, число спектральных линий стремится к бесконечности, график спектра превращается в гладкий спектр частот

Для данного предельного случая можно определить пару интегральных преобразований Фурье

где

— Фурье-образ.

Спектральная плотность мощности случайного сигнала определяется через предел

и описывает распределение мощности сигнала в диапазоне частот.

Поскольку мы предполагаем, что среднее для белого шума датчиков в неподвижном состоянии равно нулю ($overline x = overline x^2 = 0$), то квадрат среднеквадратического значения равен дисперсии и представляет собой полную мощность в нормированной нагрузке:

Смотрим в спецификации — там на самом деле под именем спектральной плотности указан квадратный корень из неё с соответствующей размерностью

или

То есть значение RMS шума без указания полосы частот, на которой он считался (Bandwidth), бессмысленно.

Среднеквадратичное значение шумов во всём спектральном диапазоне — total rms (root mean square) noise

Уровни шума можно определять несколькими способами. Можно рассматривать их во временной или частотной области (после преобразования Фурье). В первом случае берут остаточный шум как среднеквадратичное значение сигналов от неподвижного датчика (по факту это стандартное отклонение для выборки при

) за некоторый промежуток времени:

Ускорения или угловые скорости вращения меньше уровня широкополосного шума будут неразличимы — вот и фактическое разрешение. Среднеквадратичное значение переменного напряжения или тока (часто называется действующим или эффективным) равно величине постоянного сигнала, действие которого произведёт такую же работу в активной (резистивной) нагрузке за время периода. Наиболее эффективен такой подход при оценке широкополосного шума, где доминирует белый шум.

Для белого шума отношение амплитуды (мгновенного пикового значения) к среднеквадратчному с вероятностью 99.9% составляет $N_{PP}/N_{RMS} = 6.6.$ Называется такое отношение крест-фактором (crest factor, cross ratio). Можно выбрать вероятность 95.5% — крест фактор будет равен 4.На деле же сигналы шума ведут себя не так хорошо и могут выдавать пики, увеличивающие крест-фактор до 10 раз. В некоторых спецификациях можно найти значения $N_{PP}$ или сам множитель.

В узкой низкочастотной полосе 0.1-10 Гц основную роль играет фликкер-шум “1/f”, для оценки которого используют значение размаха шумового сигнала (peak-to-peak).

Управление

Некоторые недорогие модели не имеют пульта ДУ в комплекте и управляются со смартфона – это сильно снижает цену квадрокоптера, но и радиус действия его будет ограничен зоной уверенного приема WiFi. Функциональность таких дронов невысока. Хотя для селфи-дронов, например, этого достаточно.

Впрочем, возможность управления со смартфона или планшета есть и у многих «серьезных» моделей – если запускать дрон планируется в зоне уверенного приема WiFi, то можно не таскать с собой габаритный пульт, а воспользоваться смартфоном. Только не забудьте убедиться, что ОС вашего смартфона есть в списке совместимых операционных систем квадрокоптера.

Режим Headless Mode (или «новичок») используется при управлении дроном на визуальном контроле (а не с камеры FPV). В этом режиме система координат дрона связана с пультом, и он всегда будет удаляться от вас, когда вы наклоняете рычаг управления (стик) от себя и приближаться, когда вы наклоняете его к себе.

Если дрон не улетает от оператора дальше 100 м, управление обычно не вызывает сложностей – тем более, если оператор занят только управлением, не отвлекаясь на съемку. Если же квадрокоптер имеет больший радиус действия или оператору нужно больше внимания уделять съемке, а не управлению, то становятся необходимы некоторые вспомогательные функции:

Функции автовзлета и автопосадки позволяют поднимать и сажать дрон не в ручном управлении, а нажатием кнопки (или комбинацией кнопок). Это упрощает взлет и посадку, кроме того, функция автопосадки может помочь при потере связи с пультом или при потере визуального контакта с дроном – многие квадрокоптеры с автопосадкой при разрыве связи автоматически выполняют посадку.

Удержание позиции позволяет дрону зависать на одном месте при отпускании рычагов управления. Если этой функции у дрона нет, при отпускании стиков он может продолжать перемещаться с небольшой скоростью в произвольном направлении. Кроме того, удержание позиции позволяет дрону в некоторой степени компенсировать влияние ветра.

Реализуется удержание позиции с помощью пары датчиков: высоты и положения. Датчик положения может быть оптическим (когда контроллер анализирует изменение местности, снимаемой отдельной маленькой камерой) и на основе GPS-модуля. Высоту дрон также может получать с датчика высоты (барометрического или ультразвукового)

или также от GPS-модуля. GPS-модуль предоставляет дрону куда больший функционал, чем просто удержание позиции. Однако следует помнить, что корректно функции GPS работают только после калибровки магнитного датчика (компаса). Если не калибровать компас перед запуском дрона, он может неправильно определить стороны света и не будет понимать, в какую сторону двигаться, чтобы достичь нужной точки.

Функция «возврат домой» позволяет дронам с GPS-модулем при потере сигнала с пульта автоматически вернуть квадрокоптер в точку взлета.

Функция «полет по точкам/маршруту» также доступна только при наличии GPS. Эта функция позволяет ввести в дрон координаты точек на местности и после взлета квадрокоптер автоматически последует по заданному маршруту; оператор при этом может сосредоточиться на съемке, не отвлекаясь на управление.

Тип двигателя. Двигатель в квадрокоптере может быть коллекторным и бесколлекторным. Коллекторные дешевле, бесколлекторные имеют большую мощность и больший ресурс. В профессиональных и гоночных дронах применяются бесколлекторные двигатели.

Вес дрона также имеет значение – и не только для ношения его в сумке. С 2020 года были утверждены поправки в Воздушный кодекс РФ, обязывающие регистрировать все беспилотные летательные аппараты массой более 250 грамм. Поправка должна была вступить в силу в 2020 году, но этого пока так и не произошло.

Чуть подробнее про выбор полосы пропускания

На выходе MEMS-датчика мы получаем сигналы разной частоты. Предполагается, что мы заранее имеем некое представление об измеряемых нами процессах. К примеру, при определении вектора ускорения дрона шумом являются вибрации аппарата. Отделить их от полезного сигнала можно с помощью фильтра низких частот, который обрежет все частоты выше указанной (к примеру, 200 Гц).

DLPFCFG

. Расшифровывается он как Digital Low Pass Filter Configuration. Далее в спецификации там и тут всплывали не менее загадочные выражения типа (DLPFCFG = 2, 92Hz), но за расшифровкой пришлось лезть в другой документ, “Register Map and Descriptions”. Там показано, какие наборы битов в какие регистры надо записать для достижения желаемых эффектов:

Опуская технические подробности конфигурирования, можно сказать следующее. В данном датчике осуществляется настраиваемая фильтрация показаний не только акселерометров, гироскопов, но и температурного датчика. Для каждого существует в общей сложности от 7 до 10 режимов, характеризующихся такими понятиями, как полоса пропускания (Bandwidth) в Гц, задержка в мс, частота дискретизации (sampling frequency, Fs) в кГц.

В таблицу режимов фильтра акселерометра добавилась колонка «Плотность шума» в $mu g/rtHz = mu g/ sqrt{Hz}$, а “Bandwidth” колонка дополнилась значением “3dB”.

Легче не стало, так что пройдёмся прямо по списку.

Экспериментальные исследования.

Для корректировки углов воспользуемся комплементарным фильтром, работа которого описывается следующим выражением:

Здесь Ac и Ag значения угла наклона, полученные при помощи акселерометра и гироскопа соответственно, A – значение скорректированного угла, K – коэффициент фильтра. Как видно, итоговая величина угла наклона представляет собой сумму интегрированного значения гироскопа и мгновенного значения акселерометра.

Выбор коэффициента K зависит от величины дрейфа нуля гироскопа и от скорости накопления ошибок вычисления. Так, слишком большое значение коэффициента приведет к тому, что на результат работы фильтра будет сильно влиять вибрация корпуса квадрокоптера.

Слишком же малое, может оказаться недостаточным для ликвидации дрейфа нуля гироскопа. Как правило, коэффициент фильтрации K подбирается при настройке для каждого инклинометра исходя из вышеуказанных условий. Типичное значение лежит в диапазоне от 0,05 до 0,15. В данной системе был задан коэффициент фильтрации K комплементарного фильтра равным 0,1.

На рисунке 3 приведен результат работы фильтра для оси Х. Как видно, систему сначала повернули на 26 градусов, затем еще на 6.

Погрешность отфильтрованного значения угла (Рис. 4) составляет ±0,05°, что является отличным результатом для задачи стабилизации полёта квадрокоптера.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector