Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Самодельный полетный контроллер


Программируем квадрокоптер на Arduino (часть 1) / Хабр

Здравствуйте, хаброжители!
В этой серии статей мы с вами приоткроем крышку квадрокоптера чуть больше, чем этого требует хобби, а также напишем, настроим и запустим в воздух собственную программу для полетного контроллера, которым будет являться обычная плата Arduino Mega 2560.

У нас впереди:

  1. Базовые понятия (для начинающих коптероводов).
  2. PID-регуляторы с интерактивной web-демонстрацией работы на виртуальном квадрокоптере.
  3. Собственно программа для Arduino и настроечная программа на Qt.
  4. Опасные тесты квадрокоптера на веревке. Первые полёты.
  5. Крушение и потеря в поле. Автоматический поиск с воздуха средствами Qt и OpenCV.
  6. Окончательные успешные тесты. Подведение итогов. Куда дальше?

Материал объемный, но постараюсь уложиться в 2-3 статьи.
Сегодня нас ожидает: спойлер с видео, как наш квадрокоптер полетел; базовые понятия; PID-регуляторы и практика подбора их коэффициентов.Академический интерес, который, кстати, преследует не только меня (1, 2, 3). Ну и, конечно же, для души. Я получил огромное удовольствие во время работы и ощутил настоящее непередаваемое счастье, когда «ЭТО» полетело с моей программой :-)Данный материал может быть интересен в том числе и людям, которые далеки, или пока только собираются заняться мультироторными системами. Сейчас поговорим про назначение основных узлов квадрокоптера, про то, как они взаимодействуют между собой, про основные понятия и про принципы полёта. Конечно, все знания, которые нам потребуются, можно найти в сети, но нельзя же заставлять выискивать их на просторах необъятного интернета.

Без ущерба для понимания в базовых понятиях смело пропускайте все, что вам известно, до следующего незнакомого термина, выделенного жирным, или до непонятной иллюстрации.

Не беритесь писать собственную программу для полетного контроллера, пока не попробуете готовые решения, которых сейчас достаточно много (Ardupilot, MegapirateNG, MiltiWii, AeroQuad и т.п.). Во-первых, это опасно! Чтобы управлять квадрокоптером без GPS и барометра нужна практика, а тем более, когда он глючит, переворачивается, летит не совсем туда, куда надо — а этого почти не избежать во время первых тестов. Во-вторых, вам будет во много раз легче программировать понимая, что нужно программировать и как оно должно работать в итоге. Поверьте: математика полета — лишь малая часть кода программы.Не беритесь писать собственную программу для полетного контроллера, если вас не преследует академический интерес и вам нужно только то, что уже давно умеют готовые решения (летать, фотографировать, снимать видео, летать по заданию и т.п.) Пока вы сами все напишите, пройдет немало времени, даже если вы не один.
Квадрокоптеры бывают разные, но всех их объединяют четыре несущих винта:Не смотря на кажущуюся симметрию, пилоту очень важно различать, где у квадрокоптера перед (показан стрелкой). Здесь, как у радиоуправляемых моделей автомобилей: при команде «вперед» квадрокоптер летит не туда, куда смотрит пилот, а туда, куда направлен воображаемый нос квадрокоптера. Это таит в себе опасность: новичкам бывает трудно вернуть к себе подхваченный ветром аппарат, развернутый как-нибудь боком (мы, конечно, не говорим про полеты по камере от первого лица и про «умные» режимы полета с использованием компаса и GPS.) Решению этой проблемы частично могут помочь передние винты или лучи другого цвета, какой-нибудь шарик спереди или разноцветные светодиоды. Но все это оказывается бесполезным, когда пепелац стремительно превращается в точку над горизонтом.

Мы будем летать на раме квадрокоптера формы «X», потому что она мне больше нравится внешне. У каждой конструкции свои плюсы и свое предназначение. Кроме квадрокоптеров есть и другие мультикоптеры. Даже если не считать экзотические варианты, все равно их видов — целая куча!

Разберемся, как наш квадрокоптер устроен внутри, и чем же должен заниматься полетный контроллер, который мы планируем программировать.

Углы тангажа, крена и рыскания (pitch, roll, yaw) — углы, которыми принято определять и задавать ориентацию квадрокоптера в пространстве.

Иногда слово «угол» опускают и просто говорят: тангаж, крен, рыскание. Но согласно Википедии это не совсем точно. Полет квадрокоптера в необходимом направлении достигается изменением этих трех углов. Например, чтобы полететь вперед квадрокоптер должен наклониться за счет того, что задние моторы закрутятся чуть сильнее передних:

Газ квадрокоптера — среднее арифметическое между скоростями вращения всех моторов. Чем больше газ, тем больше суммарная тяга моторов, тем сильнее они тащат квадрокоптер вверх (НЕ ВПЕРЕД!!! «Тапок в пол» здесь означает наискорейший подъем). Обычно измеряется в процентах: 0% — моторы остановлены, 100% — вращаются с максимальной скоростью. Газ висения — минимальный уровень газа, который необходим, чтобы квадрокоптер не терял высоту.

Газ, тангаж, крен, рыскание — если вы можете управлять этими четырьмя параметрами, значит вы можете управлять квадрокоптером. Их еще иногда называют каналами управления. Если вы приобрели двухканальный пульт, с квадрокоптером вам не совладать. Трехканальный скорее подойдет для маленьких вертолетов: без управления креном летать можно, но на квадрокоптере — не удобно. Если вы хотите менять режимы полета, придется раскошелиться на пятиканальный пульт. Хотите управлять наклоном и поворотом камеры на борту — еще плюс два канала, хотя профессионалы используют для этого отдельный пульт.

Режимов полета существует много. Используется и GPS, и барометр, и дальномер. Но мы хотим реализовать базовый — режим стабилизации (stab, stabilize, летать в «стабе»), в котором квадрокоптер держит те углы, которые ему задаются с пульта не зависимо от внешних факторов. В этом режиме при отсутствии ветра квадрокоптер может висеть почти на месте. Ветер же придется компенсировать пилоту.

Направление вращения винтов выбирается не случайно. Если бы все моторы вращались в одну сторону, квадрокоптер вращался бы в противоположную из-за создаваемых моментов. Поэтому одна пара противостоящих моторов всегда вращается в одну сторону, а другая пара — в другую. Эффект возникновения моментов вращения используется, чтобы изменять угол рыскания: одна пара моторов начинает вращаться чуть быстрее другой, и вот уже квадрокоптер медленно поворачивается к нам лицом (ужас какой):

  • LFW — left front clockwise rotation (левый передний, вращение по часовой стрелке)
  • RFC — right front counter clockwise rotation (правый передний, вращение против часовой стрелке)
  • LBC — left back counter clockwise rotation (левый задний, вращение против часовой стрелке)
  • RBW — right back clockwise rotation (правый задний, вращение по часовой стрелке)

Скоростью вращения моторов управляет полетный контроллер (контроллер, мозги). Обычно это небольшая плата или коробочка с множеством входов и выходов. Существует огромное количество различных контроллеров с разным набором возможностей, разными прошивками, разными задачами. Вот лишь некоторые:

Обобщенной задачей полетного контроллера является несколько десятков раз в секунду выполнять цикл управления в который входит: считывание показаний датчиков, считывание каналов управления, обработка информации и выдача управляющих сигналов моторам, чтобы выполнять команды пилота. Именно это мы и собираемся запрограммировать.

Различных видов датчиков, которые можно задействовать, очень много. Мы будем использовать ставшие уже почти обязательными во всех квадрокоптерах трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр. Акселлерометр измеряет ускорение, гироскоп измеряет угловую скорость. Благодаря им полетный контроллер узнает текущие углы тангажа, крена и рыскания. Эти датчики бывают встроенными в полетный контроллер, а бывают внешними. Процесс вычисления трех углов по показаниям датчиков — тема для отдельной статьи. Но нам этого здесь знать не надо: за нас все сделает MPU-6050. Это небольшая плата, проводящая необходимые вычисления и фильтрации у себя внутри и выдающая по протоколу i2c уже почти готовые углы. Нам останется их считать, обработать с остальными данными и выдать управляющие сигналы моторам.

Моторы на мультикоптерах потребляют большие токи, поэтому полетный контроллер управляет ими не напрямую, а через специальные аппаратные драйвера, называемые регуляторами скорости (ESC, ре́гуль, е́ска). Эти регуляторы питаются от основного бортового аккумулятора, управляющий сигнал получают от контроллера, а на выходе у них стоит по три провода (A, B, C), которые непосредственно идут к моторам (каждому мотору — свой регуль!)

«Протокол» общения между регулятором и мотором нам не так важен, как «протокол» общения между полетным контроллером и регулятором, ведь нам предстоит из контроллера программно управлять регулятором. Бывают регуляторы, управляемые по i2c, но наиболее распространенные управляются сигналом прямоугольной формы с минимумом 0 вольт и максимумом 3-5 вольт (его называют ШИМ или PWM, а некоторые утверждают, что правильнее — PPM. Подробнее, например, здесь).

«Протокол» — это громко сказано: чтобы дать команду мотору вращаться с максимальной скоростью контроллер должен отправлять импульсы длительностью 2 миллисекунды, перемежающиеся логическим нулем длительностью 10 — 20 миллисекунд. Длительности импульса в 1 миллисекунду соответствует остановка мотора, 1.1 мс — 10% от максимальной скорости, 1.2 мс — 20% и т.п. Практически длительность нуля не играет никакой роли, важна только длительность самого импульса.

При всей кажущейся простоте, здесь кроется засада: полетные контроллеры бывают разные с разными настройками, регуляторы бывают разные, и минимум (1 мс) и максимум (2 мс) — не универсальны. В зависимости от множества факторов диапазон 1-2 мс может на деле оказаться 1.1 — 1.9 мс. Для того, чтобы регулятор и контроллер говорили абсолютно на одном языке существует процедура калибровки регуляторов. В ходе этой процедуры диапазоны регуляторов изменяются и становятся равными диапазону контроллера. Процедура зашита в программу каждого регулятора и включает в себя несколько простых шагов (шаги могут отличаться в зависимости от производителя — читайте инструкции!):

  • Отключить питание регулятора.
  • Снять с мотора пропеллер.
  • Подать на вход регулятора сигнал, соответствующий максимальной скорости вращения.
  • Подать на регулятор питание. Мотор при этом должен сохранять неподвижность без посторонней помощи.
  • Сделать паузу 1-2 секунды, дождаться характерного писка.
  • Подать на вход регулятора сигнал, соответствующий минимальной скорости вращения.
  • Сделать паузу 1-2 секунды, дождаться характерного писка.
  • Отключить питание регулятора.

После этого в регулятор будут занесены соответствующие границы интервала. При попытке взлететь с некалиброванными регуляторами последствия могут оказаться неожиданными: от внезапного рывка квадрокоптера в ближайшее дерево до полной неподвижности моторов при любом значении газа.

PWM с точно таким же принципом использует и бортовой приемник. Это небольшое устройство, получающая сигналы радиоуправления с земли и передающая их в полетный контроллер. Чаще всего в полетном контроллере для каждого канала управления (газ, тангаж, крен и т.п.) имеется свой вход на который поступает PWM. Логика взаимодействия проста: команда, например, «70% газ» непрерывно идет с земли на приемник, где преобразуется в PWM и по отдельному проводу поступает в полетный контроллер. Аналогично с тангажем, креном, рысканием.

Раз между приемником и контроллером свои товарищеские PWM отношения, то их тоже придется калибровать: пульты с приемниками бывают разные со своими диапазонами работы. Контроллер должен уметь подстраиваться. Процедуру калибровки радио, в отличие от калибровки регуляторов нам придется создавать самим как часть полетный программы. Общий план калибровки такой:

  • Снять пропеллеры с моторов на всякий случай.
  • Каким-либо образом перевести контроллер в режим калибровки радио.
  • Контроллер запускает калибровку радио на несколько десятков секунд.
  • За отведенное время двигаем всеми стиками пульта во все стороны до упоров.
  • Контроллер запоминает максимумы и минимумы для всех каналов управления во внутреннюю память на века.
Итак: во время калибровки радио полетный контроллер запоминает диапазоны приемника по всем каналам управления; во время калибровки регуляторов диапазон полетного контроллера заносится во все регуляторы.

Помимо программы для полетного контроллера необходима еще одна программа: интерфейс настройки полетного контроллера. Чаще всего им является программа для PC, которая соединяется с полетным контроллером по USB и позволяет пользователю настраивать и проверять полетную программу, например: запускать калибровку радио, настраивать параметры стабилизации, проверять работу датчиков, задавать маршрут полета на карте, определять поведение мультикоптера при потере сигнала и многое другое. Мы свой интерфейс настройки будем писать на C++ и Qt в виде консольной утилиты. Вот она, если заглянуть в будущее:

Никто не застрахован от случайностей. Даже десятидюймовые пластиковые винты на маленьких моторах могут оставить кровавые синяки на коже, которые будут болеть еще неделю (проверено лично). Элементарно сделать себе новый макияж и прическу, если зацепить стик газа на пульте, пока несешь включенный квадрокоптер. Поэтому полетный контроллер должен обеспечивать хоть какую-то безопасность: механизм armed/disarmed. Состояние квадрокоптера «disarmed» означает, что моторы отключены и даже команда полного газа с пульта не имеет никакого эффекта, хотя питание подано. Состояние «armed» квадрокоптера означает, что команды с пульта выполняются полетным контроллером. В этом состоянии квадрокоптеры взлетают, летают и садятся. Квадрокоптер включается и должен сразу попасть в состояние disarmed на тот случай, если невнимальельный пилот включает его, когда стик газа на пульте находится не в нуле. Чтобы перевести коптер в состояние «armed» пилоту необхоимо сделать какой-то заранее оговоренный жест стиками пульта. Часто этим жестом является удержание левого стика в правом нижнем углу (газ = 0%, рыскание = 100%) втечении пары секунд. После этого полетный контроллер делает хотя бы минимальную самопроверку и при ее успешном прохождении "армится" (к полету готов!) Другим жестом (газ = 0%, рыскание = 0%) квадрокоптер "дизармится". Еще одна хорошая мера безопасности — автодизарм, если газ был на нуле втечении 2-3 секунд.

О моторах, аккумуляторах, регуляторах, пропеллерахВыбор комплектующих для мультикоптера — тема для целого цикла статей. Если вы собираетесь сделать свой первый квадрокоптер — сформулируйте, для чего он вам нужен, и воспользуйтесь советами бывалых или возьмите список комплектующих, который составил кто-то другой и успешно на нем летает.

И все же для общего понимания полезно знать основные моменты.

Аккумуляторы


Среди любителей и профессионалов многороторных систем наиболее распространены литий-полимерные аккумуляторы, как основные источники питания бортовой электроники и моторов. Их различают по емкости, напряжению и максимальной токоотдаче. Емкость, как обычно, измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах. Напряжение измеряется в количестве «банок» аккумулятора. Одна «банка» — в среднем 3.7 вольт. Полностью заряженая «банка» — 4.2 вольта. Наиболее распространеты аккумуляторы с количеством банок от трех до шести. Максимальная токоотдача измеряется в амперах, а маркируется, например вот так: 25C. C — емкость аккумулятора, 25 — множитель. Если емкость равна 5 амперам, то такой аккумулятор может отдавать 25 * 5 = 125 ампер. Конечно же параметр токоотдачи лучше брать с запасом, но, в основном, чем он больше, тем дороже аккумулятор. Пример маркировки: 25C 3S 4500mah.

Каждая банка является отдельным аккумулятором. Все они спаяны последовательно. Для того чтобы равномерно заряжать все банки предусматривается баллансировочный разъем с доступом к каждой банке отдельно, и использутся специальные зарядные устройства.

Моторы, пропеллеры, регуляторы


Основной параметр бесколлекторного мотора — его kv. Это количество оборотов в минуту на каждый вольт поданного напряжения. Наиболее распространены моторы с kv от 300 до 1100. Kv ближе к 1000 обычно выбирают для малых квадрокоптеров (1-2 килограмма плюс 500 граммов полезной нагрузки) и ставят на них пластиковые пропеллеры до 12 дюймов в диаметре. На больших мультикоптерах (для поднятия хорошей и тяжелой фото-видео техники) или на долголетах (для рекордов по времени полета) обычно стоят моторы с низким kv (300-500) и огромными карбоновыми пропеллерами (15 — 20 дюймов в диаметре). Kv — не единственный важный параметр мотора: часто можно встретить целые таблицы зависимости мощности мотора и тяги от подаваемого напряжения и типа установленного пропеллера. Кроме того, каждый мотор рассчитан на свой диапазон напряжений (количество банок аккумулятора) и на свой максимальный ток. Если производитель пишет 3-4S, не стоит использовать его с 5S аккумуляторами. Это же касается и регуляторов.

Если мотор рассчитан на ток до 30А, то регулятор стоит рассчитывать на ток до 30 + 10А, чтобы не допускать перегревов. Некачественные или неподходящие регуляторы могут вызвать так называемые «срывы синхронизации» и остановку мотора в полете, и вы узнаете еще один мультироторный термин: "поймал планету." Еще один важный момент — толщина и качество проводов. Неправильно рассчитанное сечение провода или плохой коннектор могут привести к пожару в воздухе.

Как видите, нюансов очень много. Я не перечислил даже половины, поэтому самому подобрать комплектующие для первого мультикоптера довольно трудно.


Если вы решили заняться мультикоптерами, то рано или поздно вам придется столкнуться с настройкой ПИД-регулятора, поскольку этот математический аппарат применяется почти во всех задачах стабилизации: стабилизация углов квадрокоптера в воздухе, полет и удержание позиции по GPS, удержание высоты по барометру, бесколлекторные механизмы стабилизации видеокамеры в полете (подвес камеры).

Вы приобретаете двухосевой подвес для камеры, ставите туда, например, GoPro, включаете и вместо стабилизации получаете конвульсии, вибрации и дергания, хотя все датчики откалиброваны и механические проблемы устранены. Причина — неверные параметры ПИД-регуляторов.

Вы собираете мультикоптер, калибруете датчики, регуляторы, радио, все проверяете, пытаетесь взлететь, а он такой унылый в воздухе, что его даже легким ветерком переворачивает. Или наоборот: он такой резкий, что внезапно срывается с места и крутит тройное сальто без разрешения. Причина все та же: параметры ПИД-регуляторов.

Для многих устройств использующих ПИД-регуляторы существуют инструкции по настройке, а то и несколько в добавок к многочисленным видеонструкциям от самих пользователей. Но чтобы легче ориентироваться в этом многообразии полезно понимать, как же внутри устроены эти регуляторы. Кроме того, мы же собираемся писать собственную систему стабилизации квадрокоптера! Предлагаю вместе со мной самим заново «изобрести» и «на пальцах» понять формулу ПИД-регулятора. Для тех, кому больше нравится сухой математический язык, я рекомендую Википедию, английскую статью, т.к. в русской пока не так подробно изложен материал.

Будем рассматривать квадрокоптер в двумерном пространстве, где у него есть только один угол — угол крена, и два мотора: левый и правый.

В полетный контроллер непрерывно поступают команды с земли: «крен 30 градусов», «крен -10 градусов», «крен 0 градусов (держать горизонт)»; его задача — как можно быстрее и точнее их выполнять с помощью моторов с учетом: ветра, неравномерного распределения веса квадрокоптера, неравномерного износа моторов, инерции квадрокоптера и т.п. Таким образом, полетный контроллер должен непрерывно решать задачу, какую скорость вращения подавать на каждый мотор с учетом текущего значения угла крена и требуемого. Непрерывно — это, конечно, громко сказано. Все зависит от вычислительных возможностей конкретного железа. На Adruino вполне можно одну итерацию цикла обработки и управления уместить в 10 миллисекунд. Это значит, что раз в 10 миллисекунд будут считываться показания углов квадрокоптера, и на их основе будут отправляться управляющие сигналы к моторам. Эти 10 миллисекунд называют периодом регулирования. Понятно, что чем он меньше, тем чаще и точнее происходит регулирование.

Уровень газа поступает из приемника в контроллер. Обозначим его . Напомню, что это среднее арифметическое между скоростями вращения всех моторов, выраженное в процентах от максимальной скорости вращения. Если и — скорости вращения левого и правого моторов, то:


где — реакция квадрокоптера (усилие), которое создает момент вращения за счет того, что левый мотор вращается на быстрее, чем газ, а правый — на столько же медленнее. может принимать и отрицательные значения, тогда правый мотор закрутится быстрее. Если мы научимся вычислять эту величину на каждой итерации цикла обработки, значит мы сможем управлять квадрокоптером. Понятно, что как минимум должно зависеть от текущего угла крена () и желаемого угла крена (), который поступает с пульта управления.

Представим ситуацию: поступает команда «держать горизонт» ( = 0), а квадрокоптер имеет крен влево:

— разность (ошибка) между и , которую контроллер стремится минимизировать.

Чем больше разность между желаемым углом крена и текущим, тем сильнее должна быть реакция, тем быстрее левый мотор должен закрутиться относительно правого. Если это записать с использованием наших обозначений:

Здесь P — коэффициент пропорциональности. Чем он больше, тем сильнее будет реакция, тем резче квадрокоптер будет реагировать на отклонение от требуемого угла крена. Эта интуитивно понятная и простая формула описывает работу пропорционального регулятора. Суть элементарна: чем сильнее квадрокоптер отклонился от требуемого положения, тем сильнее надо пытаться его вернуть. К сожалению, эту формулу придется усложнить. Главная причина — перерегулирование.

За несколько десятков миллисекунд (несколько итераций цикла обработки) под воздействием пропорционального регулятора квадрокоптер вернется в требуемое (в данном случае горизонтальное) положение. Все это время ошибка и усилие будут иметь один и тот же знак, хоть и становиться все меньше по модулю. Набрав какую-то скорость поворота (угловую скорость) квадрокоптер просто перевалится на другой бок, ведь никто его не остановит в требуемом положении. Все равно что пружина, которая всегда стремится вернуться в начальное положение, но если ее оттянуть и отпустить — будет колебаться, пока трение не возьмет верх. Конечно, на квадрокоптер тоже будет действовать трение, но практика показывает, что его не достаточно.

По этой причине в пропорциональный регулятор нужно добавить еще одно слагаемое, которое будет тормозить вращение квадрокоптера и препятствовать перерегулированию (переваливанию в противоположную сторону) — своего рода имитация трения в вязкой среде: чем быстрее поворачивается квадрокоптер, тем сильнее надо пытаться его остановить, конечно, в разумных пределах. Скорость вращения (скорость изменения ошибки ) обозначим как , тогда:

где D — настраиваемый коэффициент: чем он больше, тем сильнее останавливающее усилие. Из школьного курса физики всплывают смутные воспоминания, что скорость изменения любой величины — производная этой величины по времени:

.

И вот пропорциональный регулятор превращается в пропорционально-дифференциальный (пропорциональное слагаемое и дифференциальное):

.

Ошибку вычислить легко, ведь на каждой итерации мы знаем и ; P и D — настраиваемые перед запуском параметры. Для вычисления производной (скорости изменения ) необходимо хранить предыдущее значение, знать текущее значение и знать время, которое прошло между измерениями (период регулирования). И вот она — физика шестого класса школы (скорость = расстояние / время):

.

— период регулирования; — значение ошибки с предыдущей итерации цикла регуляции. Кстати, эта формула — простейший способ численного дифференцирования, и он нам здесь вполне подойдет.

Теперь у нас есть пропорционально-дифференциальный регулятор в плоском «бикоптере», но осталась еще одна проблема. Пусть левый край будет весить чуть больше правого, или, что то же самое, левый мотор работает чуть хуже правого. Квадрокоптер чуть наклонен влево и не поворачивается обратно: дифференциальное слагаемое равно нулю, а пропорциональное слагаемое хоть и принимает положительное значение, но его не хватает, чтобы вернуть квадрокоптер в горизонтальное положение, ведь левый край весит чуть больше правого. Как следствие — квадрокоптер будет все время тянуть влево.

Необходим механизм, который бы отслеживал такие отклонения и исправлял их. Характерной особенностью таких ошибок является то, что они прявляют себя со временем. На помощь приходит интегральное слагаемое. Оно хранит сумму всех ошибкок по всем итерациям цикла обработки. Как же это поможет? Если пропорционального слагаемого не достаточно, чтобы исправить маленькую ошибку, но она все равно есть — постепенно, со временем, набирает силы интегральное слагаемое, увеличивая реакцию и квадрокоптер принимает требуемый угол крена.

Тут есть нюанс. Предположим равна 1 градусу, цикл регулирования — 0.1с. Тогда за одну секунду сумма ошибок примет значение 10 градусов. А если цикл обработки — 0.01с, то сумма наберет аж 100 градусов. Чтобы за одно и тоже время интегральное слагаемое набирало одно и тоже значение при разных периодах регулирования, полученную сумму будем умножать на сам период регулирования. Легко посчитать, что в обоих случаях из примера получается сумма в 1 градус. Вот оно — интегральное слагаемое (пока без настраиваемого коэффициента):

.

Эта формула — не что иное, как численный интеграл по времени функции в интервале от нуля до текущего момента. Именно поэтому слагаемое называется интегральным:

,

где T — текущий момент времени.
Пришло время записать окончательную формулу пропорционально-интергрально-дифференциального регулятора:

,

где — один из настраиваемых параметров, которых теперь трое: . Эта формула удобна в применении из программного кода, а вот формула, которая приводится в учебниках:

.

Существует несколько ее вариаций, например, можно ограничить модуль интегрального слагаемого, чтобы он не превысил определенный допустимый порог (мы так и будем делать).

Ну а теперь пришло время для практики подбора коэффициентов. Читателям предлагается JavaScript-страничка с виртуальным квадрокоптером, который он уже видел на картинках: подбор параметров PID-регулятора для квадрокоптера (JSFiddle). При первом запуске сразу видно перерегулирование — колебания вокруг требуемого положения. Когда колебания останавливаются, можно наблюдать эффект, что пропорциональный коэффициент не справляется с ошибкой из-за «несимметричного» квадрокоптера (задается галочкой «Asymmetry»). Для настройки доступны параметры P, I, D. Теперь вы знаете что с ними делать. «Скролом» под квадрокоптером можно управлять требуемым значением крена. «Interval (ms):» — интервал регулирования. Уменьшать его — «читерство», но посмотреть как он влияет на качество стабилизации — очень полезно.

Для любителей «чистой» математики можно предложить настроить абстрактный ПИД-регулятор

Введенные параметры автоматически не применяются: нужно жмакать «Apply». Пара небольших советов: если вам кажется, что квадрокоптер слишком медленно реагирует на управление — можно увеличить P, но слишком большое значение P может привести к перерегулированию. С перерегулированием поможет справиться параметр D, но слишком большие значения приведут к частым колебаниям, или опять к перерегулированию. Параметр I, обычно, в 10 — 100 раз меньше, чем параметр P т.к. его сила в накоплении во времени, а не в быстром реагировании.

Ручная настройка ПИД-параметров требует практики. Существуют аналитические методы их вычисления, но они требуют хорошей подготовки и точного знания многих параметров конкретной настраиваемой системы. Как среднее между ручным подбором и аналитическим вычислением есть широкий ряд эмпирических методов, предложенных различными исследователями.

В нашем 2D квадрокоптере меняется только один угол — угол крена. В настроящем 3D квадрокоптере потребуется три независимых ПИД-регулятора для каждого из углов, а управление конкретным мотором будет представлять сумму усилий по всем регуляторам.

В этой статье мы познакомились с базовыми понятиями: квадрокоптер и принцип полета, тангаж, крен, рыскание, газ, газ висения, режим полета stabilize, полетный контроллер, гироскоп, акселерометр, регулятор скорости, ШИМ, калибровка регуляторов, калибровка радио, бортовой приемник, интерфейс настройки полетного контроллера, состояния armed/disarmed, автодизарм.

После этого мы заново изобрели формулу ПИД-регулятора немного каснувшись численного дифференцирования и интегрирования, и на своей шкуре испытали, как настраивать параметры P, I, D на виртуальном квадрокоптере.

Теперь, если вы владеете световым мечем-программированием, вы можете приступать к своей программе стабилизации квадрокоптера, или, еще лучше, присоединиться со свежими идеями к существующими open source проектам. Ну а я через неделю-другую, когда появятся силы и время, чтобы соответствовать качеству, продолжу рассказ, как это все программировалось, тестировалось, падало, резало мне пальцы и вовсе улетало в неизвестном направлении. Если вам очень захотелось продолжения — можете напнуть меня здесь или, например, Вконтакте: это немного придает стимула.

В заключении этой части я просто обязан упомянуть человека, который помогал мне в выборе комплектующих и настройке самого сложного (первого!) квадрокоптера на прошивке MegapirateNG и терпеливо отвечал на сотни вопросов по этим самым базовым понятиям: SovGVD, спасибо тебе! :-)

В награду тем, кто смог промотать всю эту простыню, выкладываю обещанное маленькое видео, как наш квадрокоптер с нашими «изобретенными» ПИД-регуляторами, на нашей программе для Arduino Mega 2560 летает:

Конечно, ему не хватает GPS, как в коммерческих и массовых продуктах, немного не хватает устойчивости, но зато — НАШ, и мы знаем его вдоль и поперек до последнего множителя при интегральном коэффициенте! И это действительно круто, что сегодня нам доступны такие технологии.

Разве не в прекрасное время мы живем?!

Как построить свой собственный дрон: пошаговый самодельный проект своими руками

Как партнер Amazon я зарабатываю на соответствующих покупках.

Беспилотные летательные аппараты существуют уже несколько десятилетий, но в последние годы они достигли наибольшей популярности с небольшими коммерческими дронами. Новая так называемая технология FPV (вид от первого лица) дала нам уникальный опыт полета, а развитие систем GPS в дронах открыло совершенно новый мир для увлеченных людей.

Конечно, дроны - не единственные радиоуправляемые летательные аппараты на рынке, но их маневренные мультироторы и их способность делать потрясающие фотографии и записывать потрясающие видео во время полета сделали их самыми популярными.Вот почему коммерческие дроны сейчас пользуются большим спросом, но задумывались ли вы, как создать дрон своими руками с нуля?

Сегодня на рынке представлен широкий ассортимент дронов, различающихся по размеру, конструкции и свойствам. Вам просто нужно посетить несколько популярных интернет-магазинов, где продаются дроны, и найти готовую к использованию модель, которая лучше всего подходит вам по характеристикам и цене.

Большинство людей просто купят дрон. С другой стороны, людям, которые любят проекты «сделай сам», может понравиться создавать эти устройства с нуля.Если вам тоже нравится эта поделка, вы можете покупать комплекты дронов и получать удовольствие, собирая их вместе, как головоломку из Лего.

Настоящая задача - собрать дрон с нуля без использования специального набора. Это сложный проект, так как вам придется самостоятельно находить необходимые детали и представлять себе конструкцию дрона. Так что вы скажете? Вы готовы к этой задаче?

Из этой статьи вы узнаете, как построить дрон с нуля. Как и ожидалось, это может быть чрезвычайно сложный проект в зависимости от типа дрона, который вы хотите построить, и необходимых материалов.Эта статья расскажет вам в общих чертах, как выглядит самодельный квадрокоптер, и, надеюсь, это поможет вам понять, действительно ли вы хотите взяться за этот проект. Никто не говорит, что это будет легко, но некоторые люди считают, что конечное удовлетворение более чем того стоит!

Основные детали, которые вам понадобятся

Прежде чем вы начнете делать этот дрон своими руками, вам нужно знать, какие компоненты необходимы для его сборки; если хочешь, конечно, летать.

Вот основной список компонентов, которые вам понадобятся, чтобы построить себе дрон:

  • Рама: Существует два варианта рамы для вашего дрона.Вы можете сделать его самостоятельно или купить в интернет-магазине, а для широкого выбора качественных рамок мы предлагаем ознакомиться с нашей статьей о лучших рамах для дронов. Если вы решите построить его самостоятельно, проект будет несложным, но вам потребуются некоторые инженерные знания и знание материалов, которые вы собираетесь использовать. Например, можно использовать металлические (легкие), пластиковые или даже деревянные рейки. Если вы выберете деревянный каркас, вам понадобится деревянная доска толщиной около 2,5 см.
  • Моторы: Для обычного квадроцикла вам понадобится всего 4 мотора, но октокоптеру для полета требуется восемь моторов.Рекомендуется использовать бесщеточные двигатели - они легче расходуют батарею, и, если вы не инженер, который полностью понимает, как работает двигатель, эти детали следует покупать в магазине. Вы также можете подробнее ознакомиться с ними, прочитав нашу статью о двигателях дронов.
  • ESC или электронное управление скоростью: также являются важными частями вашего дрона, поскольку они отвечают за передачу мощности двигателям. Опять же, их количество зависит от количества вооружений, которое будет у вашего дрона.
  • Пропеллеры: При поиске пропеллеров вы должны найти те, которые соответствуют корпусу вашего дрона. Обратите внимание на материалы - вы не найдете деревянных пропеллеров, но вы должны убедиться, что те, которые вы выберете, подходят.
  • Разъемы: Вам потребуются разъемы 3,5 мм для сварки двигателей и ESC, а также разъемы 4,5 мм для платы распределения питания.
  • Плата распределения питания - эта плата соединяет электронные регуляторы скорости с аккумулятором.
  • Аккумуляторы: При покупке аккумуляторов для дрона необходимо учитывать емкость аккумулятора и его тип. Чаще всего для этой цели используются Li-Po батареи, и их мощность отличается. Чтобы лучше понять эту тему, мы настоятельно рекомендуем прочитать нашу статью о батареях для дронов .
  • Монитор батареи: Это не элементарный элемент, но монитор весьма полезен для предупреждения вас, когда батареи близки к завершению.Таким образом, вы не рискуете, что дрон останется в воздухе над прудом, когда у него закончится сок. Монитор батареи гарантирует, что ваш летательный аппарат не умрет в самом неподходящем месте.
  • Монтажная подушка: Уменьшает вибрации и тем самым улучшает полет. Это очень полезно, особенно если вы пытаетесь снимать фотографии или видео с помощью своего дрона.
  • Контроллер: Это устройство распределяет мощность и одновременно управляет двигателями.
  • RC-приемник: Конечно, если у вас есть передатчик (который обычно находится с вами), у вас также будет приемник, установленный на дроне.
  • Камера: Если вы хотите делать аэрофотоснимки и записывать окрестности во время полета на дроне, вам понадобится камера. Лучшие камеры - это те, которые могут снимать качественное видео 4K, но каждый найдет такую, которая соответствует его потребностям. Для качественной аэрофотосъемки и видеосъемки вам также может понадобиться стабилизатор для камеры.
  • USB-ключ: Это необходимо для сохранения фото и видео.

Помимо вышеперечисленных деталей, вам также потребуются силиконовые провода AWG, зарядное устройство, кабели для проводов сервопривода, стяжки, командные планки 3M, составы для фиксации резьбы и т. Д.В дополнение к этим компонентам вы также можете встроить в свой дрон другие аксессуары, чтобы сделать его более продвинутым.

Другими словами, существует много-много способов построить дрон, и в зависимости от того, сколько его вы действительно хотите сделать своими руками, эти шаги будут отличаться, а необходимые компоненты будут меняться. Приведенное ниже руководство предоставит вам представление о процессе создания квадрокоптера своими руками.

Пошаговая инструкция

Существуют разные типы дронов, но люди считают квадрокоптеры более эффективными, поскольку ими легко управлять.

Итак, в этом пошаговом руководстве мы сосредоточились на том, чтобы показать вам, как построить квадрокоптер из частей, которые вы можете купить отдельно:

Шаг 1. Изготовление рамы

Независимо от того, каким будет ваш дрон, у него должна быть рама. Итак, первая задача - сделать каркас. Для этого можно использовать разные материалы, например металл, пластик или дерево. Эти материалы будут отличаться в зависимости от того, насколько прочным должен быть дрон.

Если вы выберете дерево для каркаса, найдите деревянную доску длиной более 60 см и толщиной примерно 25-30 мм.Разрежьте эту доску таким образом, чтобы получить две рейки длиной 60 см и шириной 30 мм. Эти две длины необходимы для создания конструкции вашего будущего квадроцикла.

Пересекая эти две планки, вы получите X-образную рамку. Также вам понадобится деревянный лист, чтобы сделать и добавить прямоугольную деталь в центральной части этой рамки. Его размер должен быть 6 × 15 см, а толщина - около 2 мм.

Конечно, вы можете использовать другие размеры, если хотите, но это даст вам довольно хороший квадроцикл.Для соединения этих деталей вам потребуются гвозди и клей. Если вы решите использовать металл или пластик, размеры аналогичны, но способ соединения планок будет другим.

Ознакомьтесь с нашими предложениями по лучшим готовым каркасам, которые вы можете использовать в качестве основы для своего проекта:

Шаг 2. Пропеллеры, электронные регуляторы скорости и двигатели

Электронные регуляторы скорости (ESC), двигатели и пропеллеры являются одними из самых важных элементов функционального дрона.Таким образом, вы должны получить эти компоненты в авторизованном магазине, чтобы гарантировать качество и надежность. Они должны соответствовать размеру вашего дрона, так что имейте это в виду при их покупке. Не бойтесь просить помощи у кого-нибудь в магазине.

При поиске двигателей (или роторов) вы должны знать, что многороторные беспилотные летательные аппараты развивают большую скорость и обеспечивают стабильный полет, поскольку каждый ротор работает с другими точками тяги. Например, посмотрите эти роторы:

Для гребных винтов мы предлагаем вам купить металлические 9-дюймовые стойки, которые вы можете найти на рынке по очень доступной цене.Они прочные и не сгибаются так легко, если дрон во что-то ударится во время полета. Тем не менее, если вам нужна лучшая производительность, лучше купить карбоновые опоры. Если вам нужна хорошая производительность, мы рекомендуем вам приобрести любой из них:

И, наконец, вам нужно приобрести несколько ESC (электронных регуляторов скорости) , если вы не хотите 4 из них (имейте в виду, что здесь речь идет о квадроцикле), вы можете купить контроллер 4 в 1. Мы предлагаем эти отличные и стабильные модели:

Шаг 3: Соберите двигатели

Следующее, что вам нужно сделать, это просверлить отверстия в раме для двигателей в соответствии с расстоянием между отверстиями для винтов на двигателях.Было бы хорошо сделать еще одно отверстие, которое позволит зажиму и валу мотора свободно двигаться.

Однако вы можете пропустить это действие, если двигатели уже поставлялись с креплениями. Установите двигатель в соответствующее место и закрепите его на раме с помощью шурупов и отвертки.

Шаг 4: Установите электронные регуляторы скорости

После установки двигателей необходимо также установить регуляторы скорости. Как вы это сделаете? Регуляторы скорости рекомендуется подключать к нижней части рамы по нескольким причинам, связанным с функциональностью дрона.Эти причины, среди прочего, включают то, что он «разгружает» верхнюю часть дрона, где должны быть добавлены другие компоненты.

Для того, чтобы очень хорошо закрепить регулятор ESC на раме, вам необходимо использовать стяжки. Таким образом, ваши ESC привязаны и надежно закреплены во время полета.

Шаг 5: Добавьте шасси

Это снаряжение является важной частью при посадке вашего БПЛА, потому что оно значительно снижает удары при приземлении дрона на твердую землю. Его можно сделать по-разному, но нужно проявить творческий подход и сделать его своим уникальным способом.

Вот одна идея: найдите металлическую трубу (около 6 дюймов в диаметре) и отрежьте (с помощью соответствующих инструментов) 4 кольца толщиной 1-2 см. Конечно, размер этих колец должен соответствовать общему размеру вашего дрона. Затем вы можете использовать изоленту, чтобы прикрепить эти детали к раме.

Если вам не нравится эта идея с металлическими трубами, вы также можете использовать другие гибкие, но прочные материалы, например, новый пластик или что-нибудь, что снижает удары.

Шаг 6: Контроллер полета

Каждый летающий дрон должен иметь систему управления. Эта электронная система позволяет дрону стабильно находиться в воздухе во время полета и обрабатывает все смещения и изменения направления и ветра.

На этом этапе есть два варианта:

Первый и самый простой вариант - купить готовый к использованию контроллер. Второй вариант - вы делаете это сами.

Для данной работы можно использовать один из следующих исходников полетных контроллеров проектов :

  • DJI NAZA: DJI NAZA M V2 или DJI Naza Lite с закрытыми исходниками.
  • ArduPilot : Дорогое, но очень хорошее оборудование для контроллеров дронов с отличной производительностью. Имеет автоматический режим полета.
  • OpenPilot CC3D : Этот превосходный проект с открытым исходным кодом содержит 6 каналов и MPU-6000 Его очень легко настроить и установить, а также есть руководство мастера, которое проведет вас через установку. Более того, этот открытый проект теперь доступен из различных источников в Интернете.
  • NAZE32 : Очень гибкий, но немного сложный в настройке.В нем есть продвинутые летчики, которые улучшают контроль над вашим дроном, но вы должны убедиться, что действительно можете его настроить.
  • KK2 : Это один из наиболее часто используемых проектов для этой цели, поскольку он дешевле, чем большинство других источников в этом роде. Он поставляется с ЖК-дисплеем на базе современных контроллеров AVR. Таким образом, вы можете настроить его без использования компьютера. Также в нем есть MPU , 6050 и есть датчик, который позволяет писать свою прошивку. Однако KK2 требует ручной настройки, и это неудобно для начинающих RC.

Если вы хотите сделать контроллер самостоятельно, вам следует выбрать один из этих проектов, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям. Перейдите по ссылкам выше, чтобы провести дополнительное исследование и более подробно изучить индивидуальные особенности каждого из них. Изготовить такое устройство очень сложно и требует наличия опытного техника по дронам. Но если у вас есть такая возможность, ваш дрон станет совершенным летательным аппаратом « сделай сам» .

Шаг 7. Выбор подходящего RC Tx-Rx (беспроводной системы дистанционного управления)

Это система дистанционного управления, которая необходима для управления дроном.

В настоящее время доступны различные системы управления RC , такие как Futaba, Spektrum, Turnigy, FlySky и так далее. Вы можете найти более подробную информацию и изучить все эти системы здесь:

В дополнение к этой системе вам также понадобится несколько каналов для рыскания, тангажа, газа и крена, а также дополнительные каналы, если вы хотите установить на дрон камеру управления для некоторых аэрофотосъемок.

Шаг 8: Установите контроллер полета

После того, как вы выберете конкретный полетный контроллер, который лучше всего подходит для ваших нужд, вам необходимо установить его.Есть несколько способов его крепления. Например, вы можете разместить его в верхней части рамы в определенном направлении, но вам нужно убедиться, что все компоненты надежно закреплены, прежде чем откалибровать ваш дрон. Для этого также можно использовать упомянутые выше стяжки.

Рекомендуется положить небольшой кусок губки на нижнюю часть полетного контроллера, поскольку он поглощает и снижает вибрации двигателей. Таким образом, ваш дрон будет более устойчивым во время полета, а стабильность является ключом к управлению дроном.

Шаг 9. Подключите Open Pilot к вашему дрону

Следующее, что вам нужно сделать, это настроить и подключить полетный контроллер к электронным контроллерам скорости.

Также необходимо подключить его к пульту ДУ. Чтобы увидеть, как это сделать, вам нужно будет найти в Интернете соответствующее обучающее видео для конкретного контроллера полета, который вы ранее установили.

Я написал подробное руководство по , как построить квадрокоптер с контроллером Arduino Uno .Есть много информации о сборке, соединении всего вместе и о программировании.

Шаг 10. Проверьте и проверьте свой дрон

Прежде чем вы наконец воспользуетесь дроном, вы должны убедиться, что все работает нормально. Поэтому перед первым полетом нужно проверить все функции. Вы можете протестировать датчики, а также другие компоненты вашего дрона, используя специальный OpenPilot GCS.

Чтобы убедиться, что все работает, нужно снять реквизит и провести небольшой эксперимент с пультом дистанционного управления.Это гарантирует, что вы можете протестировать дрон, не рискуя его сломать.

Для этого теста вы должны найти подходящее место и попытаться переместить дрон на расстояние управления. Обратите внимание на стяжки и кабели, чтобы убедиться, что они хорошо соединены. Когда все в порядке, ваш дрон готов к полету!

Не срезайте углы на этом этапе, обязательно все детально протестировать, прежде чем фактически управлять дроном. В конце концов, вы же не хотите, чтобы первый полет вашего дрона был последним!

Шаг 11: Взлет

Это последний (и, смею сказать, самый важный) шаг.Перед взлетом аккумулятор должен быть надежно подключен, а все компоненты должны быть зафиксированы на месте. Для тестового полета нужно тщательно выбирать место, так как этот самолет может нанести серьезные повреждения, а также может быть поврежден. Лучше всего выбирать открытую ровную площадку, чтобы вы не рисковали повредить что-либо своим дроном или наоборот. Кроме того, вы всегда будете видеть свой дрон.

Поставьте квадроцикл на землю, включите его, возьмите контроллер полета и приступайте к своему первому полету.Рекомендуется медленно прибавить газу дрону и впервые запустить его на малой высоте. Таким образом, если он начнет выходить из-под контроля, ущерб не будет таким значительным.

Если дрон начинает дрейфовать в одном направлении, необходимо использовать триммеры, чтобы внести необходимую коррекцию полета. Кроме того, вы должны попробовать разные значения PID, чтобы увидеть, как ваш дрон работает на разных входах, пока вы не получите именно то, что хотите.

Завершение

В этой статье нам удалось вкратце рассказать о деталях и шагах, которые необходимо сделать, чтобы построить дрон с нуля, но вам следует подумать о том, чтобы узнать больше.Более того, есть также много «промежуточных шагов» в дополнение к только что описанным основным шагам. Дело в том, что из-за множества типов дронов, компонентов, программ и аксессуаров существует множество способов построить дрон в зависимости от сложности дрона, который вы планируете сделать.

Итак, каков будет окончательный вывод, когда дело дойдет до беспилотного летательного аппарата своими руками? В любом случае они не будут серьезными конкурентами готовым дронам на рынке, особенно если их делают любители.

Этот общий разрыв в качестве между самодельными и готовыми к использованию дронами касается как функций, так и внешнего вида. Однако люди, которые создают БПЛА с нуля, обычно не хотят конкурировать с коммерческими дронами, они просто делают это для удовольствия. Это неописуемая радость, когда взлетаешь в воздух самодельный самолет! Люди, которые хотят построить дрон, скорее всего, просто хотят изучить новый навык и гордятся тем, что создали сами, независимо от того, насколько высокопроизводительным может быть конечный результат.

Еще одно важное соображение - это общая стоимость такого дрона. Поскольку задействовано так много потенциальных переменных, компонентов и программ, стоимость действительно может колебаться. Стоимость будет зависеть от компонентов, которые вы собираетесь использовать, если вы рассматриваете дополнительные аксессуары. Однако в качестве общего ориентира общие затраты на весь проект составляют от 200 до 300 долларов за обычный квадрокоптер.

Помимо этой суммы, вы также должны учитывать стоимость камеры и собираетесь ли вы использовать дрон для аэрофотосъемки, а также для получения качественных фотографий.

Если вы посмотрите цены на Amazon и других подобных сайтах, вы увидите, что вы можете купить продвинутый дрон, который поддерживает аэрофотосъемку, за ту же сумму, что и самодельный дрон. Однако удовольствие от создания собственного дрона не имеет цены, и часто вы просто хотите получить опыт полета на том, что вы построили!

Amazon и логотип Amazon являются товарными знаками Amazon.com, Inc или ее дочерних компаний.

.Полетный контроллер

- Купить полетный контроллер

с бесплатной доставкой

Бренды

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Детали мультиротора

  • ESC (120)
  • Модуль GPS (10)
  • Прочие детали для самостоятельной сборки (8)
  • Двигатель (5)
  • Распределительный щит (5)
  • Зуммер (4)
  • Светодиодный свет (2)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Принадлежности для мультикоптеров

  • Прочие аксессуары для дома (99)
  • Детали рамы (6)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Принадлежности для самолетов

  • Принадлежности для самостоятельной работы (17)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Напряжение аккумулятора

  • 3S (9)
  • 4S (9)
  • 6S (5)
  • (4)
  • 5S (4)
  • (2)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Квадрокоптер своими руками

  • Управление полетом (10)
  • Комплект рамы (2)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Передающее оборудование FPV

  • Кабели и регуляторы напряжения (3)
  • Аксессуары для дома (3)
  • Видеопередатчики (1)
  • Комбинированный модуль AIO для FPV (1)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Провода и кабели

  • Прочие (7)
  • Сервопривод / перемычка Провода и кабели (1)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Версия гоночного дрона

  • BNF (5)
  • PNP (1)
  • Наборы для сборки (1)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Гонщик с микрочристой щеткой

  • BNF (5)
  • PNP (2)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Размеры дрона

  • Крошечный крик (3)
  • 3 дюйма (2)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Дисплейное оборудование FPV

  • Экранное меню и автопилот (3)
  • FPV Самолет (1)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Энергосистема

  • Сервопривод и детали (2)
  • Канальные вентиляторы (1)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Камера FPV и адаптеры

  • Разъем и переходники (3)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Детали радиоприемника и приемника

  • Телеметрия (1)
  • Приемник (1)
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ .

Как выбрать полетный контроллер для своего первого квадрокоптера

Контроллеры полета: OpenPilot, MultiWii, ArduPilot и др.

Большинство полетных контроллеров не представляют корпоративного массового производства Назас. Одна из многих историй успеха на рынке мультикоптеров - это OpenPilot, сообщество с открытым исходным кодом, посвященное совершенствованию алгоритмов управления полетом.

Доступны различные платы полетного контроллера OpenPilot. CC3D - один из самых популярных.Благодаря OpenPilot его также относительно легко настроить, опираясь на программное обеспечение мастера настройки платы, шаг за шагом. Он имеет несколько режимов полета, включая самовыравнивание и полностью ручной ввод. Ему не хватает автономности Naza, а также GPS-привязки.

Контроллер полета OpenPilot CC3D Lumenier Edition

Еще одна популярная плата - KK2. Дешевый и настраиваемый, о нем мало что можно сказать, кроме того, что он заслуживает вашего внимания.

Также жизнеспособен проект программного обеспечения с открытым исходным кодом MultiWii, созданный на основе разработок, связанных с датчиком движения пульта дистанционного управления Nintendo Wii.Программное обеспечение совместимо с рядом различных аппаратных компонентов, но, как известно, связывает Wii Motion Plus и плату Arduino. Опять же, у вас есть выбор между несколькими режимами полета, поддержкой стабилизатора (обычно используется для крепления камеры для записи), выходом триггера камеры и полным графическим интерфейсом.

На крайнем краю спектра пилоты и опытные программисты могут быть заинтересованы в программировании собственных контроллеров полета. Платформа Arduino - это общий путь для самодельных или полностью программируемых FC, а ArduPilot - это сообщество, к которому вы захотите обратиться за советом.

Существует множество вариантов выбора полетного контроллера, и нет правильного или неправильного ответа. Необходимые вам функции зависят от платформы, которую вы используете, а также от вашего желания настраивать. Более сложный мультиротор с восемью опорами и дорогостоящим оборудованием для камеры может оправдать блокировку GPS и отказоустойчивую функциональность, что делает Naza наиболее разумным выбором. Однако небольшой квадроцикл, созданный для полетов ради развлечения, не получит от этих функций такой же пользы. А иногда для получения максимального удовольствия в любом случае необходимо использовать более ручной режим полета.

Как новичок, возникает соблазн купить доску, на которой легче всего летать. Однако в долгосрочной перспективе это часто является прискорбным решением. Намного предпочтительнее учиться летать без чрезмерной помощи полетного диспетчера. Начав с небольшой настройки и режима управления полетом без блокировки, вы научитесь летать намного лучше, чем тот, кто учится в режиме блокировки GPS или аналогичном режиме.

Имея это в виду, я рекомендую купить менее дорогую стартовую установку, подобной которой и посвящена эта история, и избегать Naza во всем ее искушении, наполненном функциями.Предпочтительно плата CC3D, более ручной контроллер с возможностью режима самовыравнивания, который идеально подходит для всестороннего обучения.

.

Рукоять, дроссель, педали в 2020

Современный рынок игровых устройств для виртуального пилотирования достаточно обширен. Цены варьируются в зависимости от производителя и материалов, из которых собран контроллер. Как не потеряться в этом океане гаджетов и найти джойстик, который идеально подошел бы его руке?

Содержание:

[показать / скрыть]

Flight Arsenal: Какие типы контроллеров имитаторов полета существуют?

Вообще жанр авиасимуляторов подразумевает наличие, как говорится в обзорах, «джойстика».Однако рядовой пользователь столкнется с целым рядом трудностей при поиске наиболее практичного устройства. Помимо стандартной ручки вилки, вы найдете различные панели, ручки и педали. А нужны ли все эти функции любителю игры, мы узнаем чуть позже.

Независимо от того, сражаетесь ли вы в небе над Британией или покоряете далекое созвездие, набор, необходимый для комфортной игры, будет практически одинаковым. Доступные продукты привлекательны, поскольку они продаются с кучей аксессуаров, но дилетант не заметит разницы между джойстиком и дросселем.Вот краткое обучение, особенно для новичков.

1. Flight Stick

Это очень популярный джойстик, как вы его знаете. Это позволит управлять вашим военным (или не военным) кораблем в воздухе в любой плоскости в пределах следующих осей **:

  • X1: наклоны вверх и вниз, ось отвечает за наклон корабля в пространстве.
  • X2: наклон влево и вправо, ось позволяет управлять тангажом самолета.

** Это минимально необходимая функциональность.Подробнее читайте в соответствующем абзаце обзора.

Современный джойстик - это не просто двухплоскостной джойстик, расположенный на шарнире, а устройство, которое, по крайней мере, позволяет комфортно стрелять и летать во всех типах игровых автоматов и обеспечивает гораздо менее приятные ощущения при игре в более серьезные симуляторы. Вот детали, которые обычно есть у летной палки:

  • Спусковой механизм , который позволяет вам поливать жидким свинцом (или космической плазмой, в зависимости от вашего предпочтительного жанра) головы ваших врагов сверху.
  • Автоматический выключатель огня позволяет не отвлекаться постоянным нажатием на спусковой крючок и позволяет по умолчанию включить режим непрерывного огня.
  • Дополнительные кнопки расположены на панели рядом с нижней частью стика. Их количество зависит от производителя. Это своего рода настраиваемые вспомогательные средства для космических полетов новичков.
  • Тяговый рычаг отвечает за управление двигателем. Опять же, это недостаток из-за большой любительской аудитории продукта, поскольку доступны отдельные устройства, дополнительно управляющие тягой.Этот гибрид подойдет тем, кто только решил попробовать новый жанр.
  • Шляпный переключатель или мини-джойстик знаком всем владельцам геймпадов. Он позволяет вам вращать «голову» на 360º в поле и выполнять множество других действий, например открывать и перемещаться по меню, когда вам лень достать мышь.
  • Дополнительные ползунки , колесики и кнопки являются торговой маркой таких компаний, как Razer, которые ориентируют подавляющее большинство своих продуктов на рынок казуальных и киберспортивных игр.Они вряд ли подойдут для профессиональных геймеров-авиасимуляторов, так как крошечные кнопки расположены на одном джойстике и их легко перепутать.
  • Обратная связь обеспечивает более точное управление благодаря технологии принудительной обратной связи. Джойстик с принудительной обратной связью намного дороже, но с другой стороны, он обеспечит более глубокие ощущения от полета.
  • Вибрация позволит частично ощутить эффект разрушения кабины или отрыва крыла.Этот вариант доступен для более дорогих моделей.

Клюшки Best Flight позволяют играть в авиасимуляторы типа «War Thunder» в аркадном режиме. Однако без дополнительных гаджетов не обойтись, если захочется поиграть в более серьезные авиасимуляторы.

2. Дроссель полета

Это контроллер для гибкого контроля тяги на оси Y2 (он отвечает за перемещение вперед и назад). Это дополнение для продвинутых игроков, которым требуется больший контроль над движком.Дроссельная заслонка содержит:

  • N-позиционный переключатель . Количество позиций зависит от модели, 4 - оптимальная.
  • Набор дополнительных кнопок также зависит от модели дросселя. Даже самый дорогой датчик наклона дроссельной заслонки позволяет уменьшить отклонение оси до 1 градуса, что намного удобнее, чем постоянно выскальзывающее из пальцев колесо прокрутки.

3. Педали руля

Этот элемент кажется более подходящим для автосимуляторов, но педали отвечают за управление осью X2 (позволяя движение влево-вправо).Они действуют как руль направления и помогают вам следовать своим курсом, умело избегая огня врагов. Если вам случится купить комплект премиум-класса, педали руля будут единственным элементом, позволяющим вам контролировать курс, поскольку у джойстиков такая опция редко бывает.

Разница между педалями руля направления имитатора полета и гоночного симулятора состоит в том, что первые больше напоминают элементы реального самолета. Если вы нажмете на одну педаль слишком сильно, другая отодвинется назад. Вы не сможете выполнить правильный поворот без руля направления, как и вы не сможете избежать атаки врагов, поэтому, если вы решили вложиться в дорогостоящее устройство, педали руля будут незаменимы.

4. Хомут полета

Это самостоятельное устройство для любителей авиасимуляторов. По умолчанию позволяет управлять полетом по 4 основным осям. Главный недостаток заключается в том, что, хотя управлять Боингом или чем-то в этом роде несложно, но для многоцелевого самолета потребуется более чувствительный контроллер.

Маневренный самолет станет неуправляемым при повороте из-за резкого движения, более подходящего для тяжелых полетов Airbus. Как вариант, вы можете переключиться на более крупный военный корабль, например Ил-4 или Б-17, управление которым не требует каких-либо экстравагантных поворотов.

5. Информационные панели

Они требуются так называемым «мирским» игрокам. Даже если вы планируете профессионально научиться управлять Ил-2 или Lock On, вам вряд ли удастся обойтись без настольных информационных панелей . Как правило, такие приборы, которые я считаю крайне декоративными и заведомо малоинформативными, могут служить:

  • Высотомер
  • Указатель воздушной скорости
  • Указатель вертикальной скорости
  • Компас

Могут также показывать соотношение вышеуказанных цифр.Иногда можно установить большую панель, отображающую до 24 статусов одновременно

Как несложно догадаться, у вас может быть отдельная панель для всех имеющихся индикаторов. Единственное, что требуется, это достаточно места и денег. Панели скорее подойдут любителям гражданских полетов, ведь во время боя у вас вряд ли будет время проверять все показатели. Однако это может оказаться необходимым при игре в некоторые «мазохистские» боевые симуляторы.

6. Панель переключателей полета

Теперь это то, что позволяет пользователям не только любоваться фигурами на экране, но также позволяет им перемещать различные рычаги, как настоящий пилот. Панель позволяет управлять шасси, зажиганием, тягой (которая становится бесполезной, если у вас есть дроссельная заслонка), десятью сигнальными лампами и даже парой других полезных функций.

В очередной раз у этого гаджета может быть диагностирован синдром Боинга. Вы можете включить все 10 сигнальных огней с разными кнопками при моделировании гражданских полетов, но панель станет практически бесполезной при игре на военном самолете.

7. Датчик движения головы

Это устройство для тех, кто считает, что повернуть голову внутри кабины с помощью переключателя шляпы недостаточно. Для этой цели можно использовать целую систему виртуальной реальности, такую ​​как Oculus Rift, или варианты по более разумной цене.

8. Игровое кресло

Любой симулятор, независимо от его типа (например, онлайн, одиночная игра, пассажирский или военный самолет) вызывает сильное привыкание. Помните, что игры должны приносить покой и удовольствие, а не усталость и нервозность.Правильное игровое кресло - ключ к этому. Вот на что стоит обратить внимание:

  • Комфорт. Он должен быть очень удобным, материалы не должны быть слишком тесными, а эргономика должна подходить вам лично.
  • Настройка. Чем больше элементов можно настроить, тем лучше.
  • Классный дизайн. Пилоты супер крутые и брутальные, им не понравятся стулья для щенков и котят. Классические агрессивные красные или черные - отличный выбор!

9.USB-концентратор

Для подключения всех этих устройств вам понадобится хороший USB-концентратор. Как выбрать подходящий? Обратите внимание на количество портов: чем больше, тем лучше. USB 3.0 предпочтительнее, так как это сегодняшний стандарт. Дополнительные льготы, такие как переключатели портов или порты зарядки, более чем приветствуются.

Исходя из собственного опыта, я бы не рекомендовал экономить на этом элементе вашего симулятора. Когда во время битвы порт перестанет работать, а ваша педаль или джойстик перестанут работать, будет уничтожено больше клеток нервной системы, чем население всего города.Заботиться о своем здоровье!

Сборка идеального авиасимулятора

Продукт и фотография Назначение
A Flight Stick

Полный контроль над самолетом. Эта палка сама по себе является базовым тренажером.
Дроссельная заслонка полета

Обеспечивает контроль усилия и обеспечивает возвратно-поступательное движение.
Педали руля

В отличие от автомобильных педалей, эти педали не влияют на скорость! Они помогают нырять и передвигаться.
Хомут

Хомут - один из ключевых элементов симулятора. Он управляет одной осью и может иметь дополнительные кнопки (например, для атаки).
Информационные панели

Панели информируют вас о состоянии самолета и окружающих условиях (давление, температура, высота и т. Д.).
Панель переключателей полета

Эта панель с кнопками и переключателями позволяет управлять особыми параметрами и усиливает эффект реальности.
Устройство отслеживания движения головы

Отслеживание движения головы для вывода соответствующего изображения.
Игровое кресло

Для того, чтобы окунуться в атмосферу и сохранить здоровье спины.
USB-концентратор

Для подключения нескольких устройств

Обратите внимание на HOTAS

HOTAS (Hands on Throttle and Stick) или двухкомпонентную систему управления - это отдельный тип контроллера. упоминание.Как видно из названия, система позволяет осуществлять гибридное управление самолетом с помощью двух контроллеров, джойстика и дроссельной заслонки. В комплект входят элементы с одинаковой формой ручки, объединенные в единое эргономичное устройство. Также можно полностью настроить оси и кнопки.

В начале эры джойстиков HOTAS стоил целое состояние и считался игровой роскошью. На сегодняшний день эта система - лучший вариант для всех виртуальных пилотов среднего уровня.

Вращение на 360º

А теперь мы поможем начинающим пилотам разобраться, что делать с этим бесконечным количеством осей, каналов и кнопок.

  1. Минимальное количество осей, необходимое даже для аркадных полетов, - 4 (для наклона, тангажа, толчка и рыскания). Обычная ручка позволяет это сделать, поэтому покупать дроссель не обязательно, если вы только начинаете входить в мир симуляторов.
  2. Верхние модели джойстиков имеют 10-20 осей. Не потеряться в них поможет установка соответствующего программного обеспечения для настройки перед первым боем.
  3. Дорогие ручки управления, скорее всего, не будут рыскать, поскольку производители рассчитывают, что вы купите весь комплект, включая педали руля направления.Поэтому перед покупкой бестселлера внимательно следите за техническими характеристиками.
  4. Рыскание чаще всего назначается дополнительным кнопкам в ущерб функциональности и, конечно же, атмосфере. Чаще всего эта функция заменяется поворотными рукоятками на 360 °.
  5. HOTAS и некоторые джойстики можно модернизировать с помощью педалей руля направления и дополнительных функций. Качественная двухкомпонентная система стоит гораздо дороже, но совместимость двух контроллеров гарантирована.

Вы платите за торговую марку или за качество?

Pro Рынок устройств для игрового пилотирования богат и скуден. Вы можете встретить методы обновления для различных контроллеров, вопросы, касающиеся добавления новых функций к панелям, и рекомендации по замене материалов при отделке контроллера на досках сообщений экспертов симулятора.

Зачем все это? Говорят, что все сходят с ума по-своему и что люди делают это просто для удовольствия.Поэтому, молодые пилоты, вы можете оставить позади свои страхи относительно функций. Единственное, что может вас напугать, - это цена.

Давайте теперь сосредоточимся на гигантах производителей джойстиков (и некоторых сторонниках рынка), и мы поделимся своим мнением, подкрепленным, конечно, некоторыми аргументами.

Как выбрать лучший контроллер для симулятора полета?

Razer, Steelseries - как ни странно, мы даже не будем рассматривать этих магнатов киберспортивных гаджетов .Дело в том, что Razer не может конкурировать, когда речь идет о производстве мышей и клавиатур, но их ассортимент оборудования для симуляторов полета слишком невпечатляет. Устройства этих компаний ориентированы в основном на широкую аудиторию, поэтому могут возникнуть проблемы, связанные с ограниченной функциональностью даже при игре в аркады.

  • Saitek. Эта марка может быть самой популярной среди профессиональных и любительских геймеров благодаря широкому ассортименту продукции. Компания производит как джойстики, так и дроссели, а также весь комплект дополнительного оборудования.

Линия Saitek X когда-то стала эталоном на рынке. Хотя это устройство HOTAS и сегодня стоит дорого, цена полностью оправдана. Отзывы по крайней мере исключительно положительные. Материалы также хороши, резина ручки кажется достаточно прочной, а ход рычага тугой, что позволяет ощутить массу аппарата, которым вы управляете. Нет зазоров и скрипов.

10. Педали Saitek Pro Flight Rudder

Педали Saitek Pro Flight Rudder - это хорошее дополнение к джойстику линейки.

Последнее обновление 2020-08-20 / Партнерские ссылки / Изображения из Amazon Product Advertising API

Saitek Pro Flight Rudder Pedals: уточните текущую цену

11.Logitech G Pro Flight Multi Panel

Это самая полезная панель из всех доступных.

В целом устройства Saitek предлагают вам хорошее соотношение цены и качества, но ценность здесь также является проблемой. Вы вряд ли найдете здесь дешевое устройство, но инвестиции в этот бренд оставят вас уверенными в качестве. Кроме того, ассортимент продукции огромен, поэтому, если деньги не проблема, покупка X-65F - ваш мгновенный выбор.

Последнее обновление 2020-08-20 / Партнерские ссылки / Изображения из Amazon Product Advertising API

Logitech G Pro Flight Multi Panel: Узнать текущую цену

  • Logitech. Это производитель для массового рынка; цены и качество варьируются.

12. Джойстик с силовой обратной связью Logitech Flight System G940

Flight System G940 включает в себя больше возможностей, чем другие устройства, описанные в этой статье. Он включает в себя все необходимые рычаги, педали руля направления и множество других чрезвычайно полезных элементов. Цена на G940 очень конкурентоспособна, поэтому, если вы хотите иметь все сразу, выберите Logitech.

В линейке продукции этого производителя сложно найти что-то еще примечательное.Для игровых автоматов подойдут любые джойстики, качество их приемлемое, но материалы, из которых они сделаны, плохие. Большинство моделей имеют экономичное покрытие, поэтому дешевый пластик гарантированно скрипит во время игры.

Последнее обновление 2020-08-20 / Партнерские ссылки / Изображения из Amazon Product Advertising API

Logitech Flight System G940: Узнать текущую цену

Как и учебник для колледжа, устройство полезно, но очень дорого.Если вы купите Thrustmaster, вы получите долговечный Bentley, но вам придется модернизировать его с помощью запасных частей Kia.

13. Джойстик Thrustmaster HOTAS Warthog

По заявлению производителя, Thrustmaster HOTAS Warthog полностью совпадает с интерьером штурмовика A-10C Warthog (название которого он получил). HOTAS - это качественная система, которая практически не совместима с какими-либо надстройками. У вас не возникнет проблем с установкой дополнительных функций на устройство Saitek, но вам придется потрудиться, чтобы прикрепить их к Warthog.Судя по доскам объявлений, несмотря на все преимущества HOTAS, при использовании этого контроллера без педалей руля направления не обойтись.

Джойстик Thrustmaster HOTAS Warthog: Проверить текущую цену

Что касается недорогих джойстиков, то доступен Thrustmaster T.Flight Hotas Stick X , он не так крут, как Warthog, но работает достаточно хорошо для своего ценник, который оставляет нас довольными.

Этот абзац посвящен любителям аркадных полетов.Если ваш бюджет ограничен, когда дело доходит до инвестиций в гаджет, и вы не стремитесь стать первоклассным пилотом, тогда джойстик Genius будет именно тем, что вам нужно.

14. Джойстик Genius METAL STRIKE FF

Джойстик Genius METAL STRIKE FF поставляется со всеми основными осями, набором дополнительных кнопок и даже с принудительной обратной связью. Качество, конечно, несравнимо с флагманскими продуктами, но для игры в War Thunder, например, нескольких сотен часов вполне хватит.

Последнее обновление 2020-08-20 / Партнерские ссылки / Изображения из Amazon Product Advertising API

Джойстик Genius METAL STRIKE FF Проверить текущую цену

Что выбрать? Что выбрать: HOTAS, производимые одной компанией или несколькими?

Как обычно, ответ зависит от жанра, который вы предпочитаете.

Если вы стремитесь как можно больше летать и получать реалистичный опыт в War Thunder или World of Warplanes, то лучше всего HOTAS нет ничего. Полеты в MMO не требуют отслеживания всех индикаторов самолета, даже если это симулятор.

Система также подойдет для Ил-2 и серии X. С некоторыми космическими симуляторами все не так просто, поскольку идея заключается в том, что чем больше там кнопок, тем лучше. Elite - это такая игра. Если вам посчастливилось выбрать джойстик по умеренной цене, убедитесь, что у лучшего джойстика есть ось рыскания, поскольку это очень важно для полуаркад.

Некоторые серьезные симуляторы, такие как симулятор полета Microsoft, требуют полного набора устройств. Вам понадобятся все те панели и кнопки, которые были бесполезны в динамичных боях. DCS World требует все, что есть на рынке контроллеров (многие геймеры считают, что даже этого недостаточно для комфортной игры). Очевидно, что цена суперсета будет надбавкой.

Типичные аркады, такие как World of Warplanes, не требуют чрезмерных перков. Более того, вы можете играть, не тратя ни копейки, только с помощью мыши и клавиатуры.Однако, если вам хочется использовать ярмо, купите джойстик с минимальным набором функций.

Как сделать свой выбор?

Прежде всего, обратите внимание:

  1. Качество сборки . Лучше всего покупать устройство офлайн, чтобы вы могли это почувствовать.
  2. Комфорт. Даже если все отзывы оценили гаджет на 10 из 10, но он все равно не умещается в руке, ищите альтернативу. Любой отзыв является необъективным, и вы скорее потратите деньги на то, что вам нравится.Помните о золотом правиле, согласно которому ручка должна быть тяжелой, чтобы ваш опыт использования виртуального ярма был более реалистичным.
  3. Совместимость с другими устройствами Чем шире будет набор совместимых устройств, тем лучше. Лучше всего возможность комбинировать детали разных фирм.
  4. Необходимость. Вам действительно нужны педали руля направления? Может быть, вы могли бы поиграть с гаджетом, который намного дешевле?

Будет ли у вас больше фрагов или вам придется бороться с ошибками?

Новичку придется нелегко не только в выборе оборудования.Часто программное обеспечение имеет кучу недостатков. Несмотря на то, что легендарные MFSX и DSC для авиасимуляторов были проверены годами, они имеют столько же недостатков.

Более того, если вы ожидаете, что воздушный бой будет максимально реалистичным, вы, скорее всего, будете разочарованы, так как графика Ил-2 далека от графики Crysis (а этот самолет допускает сносный вид боя, его графика считается быть одним из лучших). Заморозки кадров в секунду и высокий пинг, характерные для онлайн-игр, также не позволяют полностью погрузиться в атмосферу.

Однако, как подтверждают многочисленные онлайн-сообщества в США и во всем мире, настоящие геймеры принимают вызов. Любой начинающий пилот найдет ответы на любой вопрос на соответствующих досках объявлений.

.

Смотрите также