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Tailsitter尾座式VTOL,最简洁的垂直起降,更新矢量舵机抗风

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发表于 2017-3-27 22:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本帖最后由 云淡风轻的云 于 2017-4-19 17:28 编辑

“顾名思意,尾座式,方言叫tail sitter plane就是尾部朝下机头朝天像火箭那样的一种垂直起降方式,起飞时拉力超过它的重量即可垂直上天,然后操纵飞机下俯,转为平飞姿态。着陆前飞机也要从平飞转为垂直向天姿态,然后减少功率或推力缓慢垂直降落。”

1.jpg

1424526512_skate.jpg
矢量的机型


9.jpg

本帖主要讲解这种类型Duorotor tailsitter

2.jpg
Coaxrotors tailsitter

3.jpg
Quadrotor X tailsitter APM固件暂不支持

4.jpg
Quadrotor Plus tailsitter APM固件暂不支持

11.jpg
Singlerotor tailsitter APM支持,单个旋翼,常规3D机的玩法

10.jpg
Helicopter tailsitter APM固件暂不支持




优点,①简单可靠,最少只要两个舵面,两个电机电调。相比Tiltrotor倾转式VTOL,省去可动的结构。
          ②玩法多样,除了悬停和平飞,支持Quadplane下的Qhover(多轴
定高),Qloiter(多轴定点),AUTO自动任务和自动转换模式等。
          ③重量轻,
省去一堆电机电调死重,机体的加强。重量轻,更耐炸。
          ④DIY简单,普通飞翼再加一组动力即可DIY,
通用APM和Pixhawk的所有外设。不止飞翼,常规中单翼飞机,单发飞机也可以很好支持。
         ⑤飞行性能好,平飞状态和飞翼一致。

缺点,①悬停过程中抗风性较差。(新增矢量控制,就像鱼鹰那样,可以前后倾转)
          ②对飞机重心匹配要求较高,不能任意改变载荷。



目前支持最良好的PX4固件,设置参考以下链接
http://www.pixhawk.com/platforms/vtol/tbs_caipirinha_vtol?s[]=13001

这视频是PX4固件,自动任务,Ardupilot固件支持下的Duorotor tailsitter只是飞控固件和设置方式不同。

以下说明均是Ardupilot固件下的设置和调试方式。
目前支持两种舵面控制方式,一种是常规固定翼,有独立副翼,方向舵和升降舵;另一种是飞翼,副翼升降混控(必须用双电机输出或添加额外方向舵)。
               两种电机输出方式,一种是单电机输出,只提供拉力;另一种是双电机输出,悬停时,可以靠电机控制横滚;平飞时可以控制方向。

那么由这两种控制可以搭配出四种飞机类型,我个人推荐飞翼和双电机的搭配方式,也就Duorotor tailsitter。

此视频由群里 山东华硕  测试,Ardupilot设置Duorotor tailsitter后,默认参数试飞。

以下视频是Singlerotor tailsitter,传统的3D机吊机,使用GPS定位的Qloiter。



一,机体安装,
机体大同小异,借用Caipirinha的安装图片
5.jpg
改装后的重心和原机一致,可行的情况下,重心越靠下越好。

6.jpg
电机KV要适宜,电机尽量少干扰翼面,尽量靠近中间电机拉力参考多轴,两个电机拉力刚好是机重的两倍左右。尽量留余量,降落时更稳定。

7.jpg
起落架不能马虎,不然无尽落地炸等着你

8.jpg
控制舵面力臂长或者舵面大,舵机使用力大响应快的数字舵机。

二,飞控设备安装

升降副翼混控两个舵机接线在Main out 1,Main out 2,左电机接在Main out 5,右电机接在Main out 6 ,有矢量舵机,左电机的舵机接Main out 3,右电机的舵机接Main out 4.
输出设置都可以在Servo参数中自由定义,由于最少只需要4个控制量输出,所以理论上不需要全接口的Pixhawk也可以支持。

空速计和GPS地速必须要有其中一个。

飞控安装按照固定翼的方式,水平放置。切换多轴Qstabilize ,Qhover悬停时,姿态会自动翻转90度的。

安装和调试按照Ardupilot固定翼的习惯来
①刷Ardupilot 固定翼V3.8Beta2或者更新的固件。(Pixhawk刷APM的固件)                  38楼
②清空SD内logs和恢复所有默认的参数。
③设置参数Q_ENABLE=1,重启飞控或刷新所有参数,并按照下面参数设置的说明里更新关键的参数。
④校准飞控的遥控器输入,校准加速度计和罗盘。(遥控器不能设置混控,按照多轴设置)

⑤在固定翼的模式下设置固定翼的飞翼混控,有新旧两种方式,用新的方式。
⑥把CH5遥控输入的模式,更改为Manual,FBWA,Qstabilize这三个。(调试好以后,可以按照自己习惯来,APM就是这点好)   34楼


三,参数设置
Tailsitter的设置和Quadplane,Tiltrotor大同小异,详细参考此帖。
http://bbs.5imx.com/forum.php?mo ... 9923&extra=page%3D1

关键参数

Q_ENABLE=1(默认是0,设置为1,就是打开垂直起降的新功能。)

Q_FRAME_CLASS=10(多轴机型,新版本的多轴机型,适用Beta2,Beta3)

0        Undefined错误,未定义。。。.如果新版设成这个,所有Q开头参数会不见)
1        Quad
2        Hexa
3        Octa
4        OctaQuad
5        Y6
7        Tri              (有尾舵的Y3)
10      TAILSITTER(尾座式)


Q_FRAME_TYPE=1暂时没有,不用设,默认Quad或Hexa等四轴六轴模式下有特殊的混控逻辑的,目前Tailsitter还没有)
0        十字

1        X 或 Y6A
2        V
3        H
4        V-Tail
5        A-Tail
10        Y6B


Q_TILT_MASK=0 (不用设,默认)

Q_ASSIST_SPEED=0(这个原来是复合翼和倾转旋翼,在低速时用多轴电机修正姿态用的,但是尾座式没法用。。。)

MIXING_GAIN=0.5(升降副翼混控比例)
最大为1,如果飞翼舵面足够大,设置为0.5或偏小一点,如果舵面很小,设大一点。
但是这个比例也会影响固定翼下舵面比例。所以设得过大,固定翼飞行和调参时要注意。


RUDD_DT_GAIN=0 (固定翼模式下,双电机差动转向,方向舵混控的比例,建议设到0)
最大为100,设置为0时,固定翼状态,打方向时,双电机不会输出。飞翼不建议设大,飞行中电机差动可能导致翻滚炸鸡。
对多轴悬停没有影响。

Q_ANGLE_MAX=3000(限制多轴本身的倾斜角度,是多轴的而不是飞机)
单位为Centi-degrees,例如4500就是45度。增加这个角度有利于悬停抗风。我的测试到3级风不飘走。
但是某些重心高的机型,满舵大角度,俯仰可能会修正不过来。


TAILSIT_ANGLE=30(悬停切换到固定翼时角度)
单位就是角度,一般设置小一点切换更快。但某些失速速度高的机型需要更大的角度,前进足够的空速才切换
这个和上面Q_ANGLE_MAX相关

Q_A_ACCEL_P_MAX = 40000(固定翼平滑到悬停转换,防止过早拉起机头)

TAILSIT_INPUT=0(在悬停时,遥控的操作方式)
0      就是多轴的操作方式,
1      就是固定翼的操作方式。


TAILSIT_MASKCH=0(用额外一个通道,触发一个全手动控制的通道,PWM数值高于1700启用)
当在悬停时,全手动控制通道输出为遥控器数值。用来3D飞行悬停练习。一般用不上的。
0       关闭这个功能
1       用通道1触发
2       用通道2触发
...
8       用通道8触发


TAILSIT_MASK=0(设置哪个是全手动控制通道的)
0         副翼

1         升降
2         油门
3         方向


FLTMODE_CH=5            (飞行模式切换开关移到第5通道)




双电机输出参数(两个电机没有方向的规定,但一定要刚好是正反转,以抵消反扭力)
如果是使用Singlerotor,那就是单电机输出,有方向舵的情况下,以下参数可以不动,直接把电机输出插在Main out3就可以,
因此以下参数是决定是Singlerotor还是Duorotor。
SERVO5_FUNCTION=73 (Main out5,左电机)
SERVO5_MAX=2000       (电调的最大行程,可自由定义,最后校准电调)
SERVO5_MIN=1100        (电调的最小行程,可自由定义,最后校准电调)
SERVO5_TRIM=1100      (和电调最小行程保持一致)
SERVO5_REV=0              (0=正向,1为反相,默认,电机没有反向的)
Beta3油门未解锁时,输出是MIN的数值,油门解锁后则输出遥控器当前的杆量。最好MIN和TRIM设为遥控器油门的最小值。

SERVO5_FUNCTION=74 (Main out6,为右电机)
SERVO5_MAX=2000       (电调的最大行程,可自由定义,最后校准电调)
SERVO5_MIN=1100        (电调的最小行程,可自由定义,最后校准电调)
SERVO5_TRIM=1100      (和电调最小行程保持一致)
SERVO5_REV=0              (0=正向,1为反相)



矢量舵机参数(增加矢量舵机可以增强抗风能力,但需要增加机械结构
如果飞翼舵面足够大,就可能不需要矢量了,增加矢量,机械结构复杂性增加。下面这些参数不设置就是不启用矢量。
SERVO3_FUNCTION=75(Main out3 ,左矢量舵机)
SERVO3_TRIM=1500      (舵机中位,调整这个中位,电机刚好朝前。拉力线一致)
SERVO3_MAX=2000       (舵机最大行程,设置最大时,90度朝上)
SERVO3_MIN=1100        (舵机最小行程,设置最小时,90度朝下)
SERVO3_REV=0              (0=正向,1为反相,矢量修正方向错误,可以更改正反向)
TRIM这个参数必须要调整到电机刚好朝前。可以调硬件尽量调硬件,要动也尽量保持在1500附近。
MAX和MIN 要等TRIM先调好,再动,分别调到最大和最小也到不了90度的话(180度舵机才可以刚好上下90度),也尽量调到上下刚好角度(行程)一致,就像调整直升机的CPPM舵机。

SERVO4_FUNCTION=76(Main out3 ,有矢量舵机
SERVO4_TRIM=1500      (舵机中位,调整这个中位,电机刚好朝前。拉力线一致)
SERVO4_MAX=2000       (舵机最大行程,设置最大时,90度朝上)
SERVO4_MIN=1100        (舵机最小行程,设置最小时,90度朝下)
SERVO4_REV=0              (0=正向,1为反相)
这里TRIM、MAX和MIX调整出来的角度要和SERVO3调整的一致。如果有差异,角度大的设置小一点,将就小的。


Q_TAILSIT_VHGAIN=0.1(悬停推力矢量比例)

使用矢量电机抗风,由小调,值越大,舵机角度越大。

Q_TAILSIT_VFGAIN=0.1(多轴向前飞行推力矢量比例)






油门解锁时一定要谨记,APM的Duorotor固定翼下,双电机会参与控制方向。

解锁油门时必须打方向舵,固定翼下,双电机会直接启动,而且是半油门
所以上面RUDD_DT_GAIN要设置为0,这样就不会打方向舵时电机猛转了。
ARMING_CHECK=0        (暂时解决硬件开关没有解开时,遥控可以解锁油门)
ARMING_RUDDER=2     (默认是1,只能油门解锁,不能上锁,所以把它改成跟多轴一样的方式)

四,试飞
有条件的模友可以调试架,如果没有,吊挂也是一种简单有效的方式。
调试飞行要先多轴后固定翼,最后再尝试FBWA自动过渡。
因为固定翼的模型基本是定的,按照合适的重心和舵面去试飞,差不了太多。
而多轴因为电机搭配,舵面大小和行程不同,各有差别,就像当年刚玩KK时,危险性最高。


多轴的试飞说明
①平放飞机,切换到Qstabilize模式,也就是自稳模式,观察地面站显示的HUD是否会有0度转到90度。如果没有,检查一下以上的参数设置。
②还是在Qstabilize模式下,先方向舵解锁油门,然后打开硬件开关,推约1/3油门,看电机是否会正常修正横滚,舵面是否会正常修正俯仰和航向。
(也就是拿手摇飞机,看电机和舵面修正逻辑是否正确)
③油门约推到半油门,同时看两电机修正横滚的力是否适宜,否则更改横滚相关的参数。

④油门也是推到半油门,看舵面修正俯仰的幅度大小和响应快慢是否适宜,否则更改俯仰相关的参数。
    如果有矢量舵机,观察舵机修正方向是否正确,不正确及时改反向。
⑤感觉修正适宜,可以尝试吊挂,或者在草地测试Qstabilize飞行。及时调整参数,参数和多轴调参一样。
⑥测试OK,可以尝试切换Qhover定高等,调参和多轴一样。

固定翼的试飞
和APM调固定翼一样,只是得注意,飞翼的两个参数
MIXING_GAIN,RUDD_DT_GAIN的大小。
最重要是要试出安装了双电机的飞翼。最低飞行速度和平飞时飞控的角度

自动过渡的试飞,和QUADPLANE和TILTROTOR一样。











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发表于 2017-3-27 23:47 | 显示全部楼层
有意思,关注
发表于 2017-3-28 05:29 | 显示全部楼层
视频看不到了。
发表于 2017-3-28 08:30 | 显示全部楼层

视频看不到了。
发表于 2017-3-28 08:34 | 显示全部楼层
有意思,楼主加油
发表于 2017-3-28 08:59 | 显示全部楼层
楼主继续,
发表于 2017-3-28 09:21 | 显示全部楼层
 楼主| 发表于 2017-3-28 09:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 云淡风轻的云 于 2017-4-9 22:07 编辑

微风下Qstabilize和Qhover模式的起降


 楼主| 发表于 2017-3-28 09:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 云淡风轻的云 于 2017-4-14 23:51 编辑

BUG汇总:
APM固定翼V3.8BETA3  
固定翼的模式下,例如Manual,硬件锁解开,遥控油门未解锁的情况下,遥控打方向,双电机会差动输出修正。在固定翼下油门解锁需要关闭硬件开关。
上电后,第一次由固定翼的模式切换到旋翼的模式,油门已解锁,也会出现电机不能输出的情况。飞行前需要固定翼模式下测试过,旋翼也测试过,才上天。
使用旧式飞翼混控(遥控也需要混控),有旋翼切换到固定翼,可能会丢失飞翼混控?

3.8BETA4
旋翼模式下,遥控油门未解锁,双电机依然可以输出修正。


发表于 2017-3-28 14:24 | 显示全部楼层
快更,坐等
发表于 2017-3-29 12:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 szhcs 于 2017-3-30 22:00 编辑

顶一个,最近也在做一个类似飞翼,还在制作和测试中,我的飞控是MWC。
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 楼主| 发表于 2017-3-29 13:08 | 显示全部楼层
本帖最后由 云淡风轻的云 于 2017-3-29 13:20 编辑
szhcs 发表于 2017-3-29 12:52
顶一个,最近也在做一个类似飞翼,还在制作中,不过我的飞控是MWC。

MWC也有类似的切换固件,更加简单?


发表于 2017-3-29 16:39 | 显示全部楼层

发表于 2017-3-30 14:50 | 显示全部楼层
很不错的起飞方式
发表于 2017-3-31 02:09 | 显示全部楼层
我一直在想这机型要归类在Helicopter还是 Quadplane 的基础下写代码,看到云淡大把这台叫"Helicoptertailsitter",事情就简单了,准备动手拆我一台亚拓TREX-450来搞.



 楼主| 发表于 2017-3-31 11:44 | 显示全部楼层
szhcs 发表于 2017-3-29 12:52
顶一个,最近也在做一个类似飞翼,还在制作和测试中,我的飞控是MWC。

进展比我快多了,试飞了吗

发表于 2017-3-31 15:11 | 显示全部楼层
云淡风轻的云 发表于 2017-3-31 11:44
进展比我快多了,试飞了吗

还没呢,昨天刚装好,估计周日可以试飞

发表于 2017-3-31 16:47 | 显示全部楼层
很好!回家把x8拿出来试试
发表于 2017-4-2 18:43 | 显示全部楼层
太好了,我回国也要装一架
发表于 2017-4-2 22:40 | 显示全部楼层
我的今天试飞了,可以垂直起降了

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