2013年12月3日火曜日

APM2.5のヘリ用セッティング(和訳)

arducopterについていろいろネットを探すと、マニュアルらしきものが出てきました。
英語力が無い私が、ここのページを意訳を含め勝手に訳したもので、原文と意味が違ってたり意味が解からないころがあるかと思います。が、掲載します。

お持ちでない方は、何のことかわからない部分が多いと思いますが、赤字の部分は驚いたというか、なんでこんなんになってるんや!と叫んでしまいそうな部分です。

なかなかよく考えられているなと思う部分と、これじゃ即墜落ジャンてな部分があります。
どうも、クワッドを飛ばしている人は、マニュアルでヘリをうまく飛ばすことができない人が多いのか、機械に頼る人が多いのか、ヘリを飛ばしてる人間からは考えられない設定があります。

それに、PIDの設定で450サイズのヘリの場合や600サイズの場合が例に上がってますが、この数値をすべて鵜呑みにして450サイズのヘリに設定したら、ハンチングで飛ばせませんでした。
書くならどっちかに統一するか両方の数値を併記すべきだと思いますね。

また、ここには出てきませんが、スーパーシンプルモード、シンプルモードというのがあって、機体がどの方向を向いていても、スティック操作で前(エレベーターダウン)に操作すると自分から見て前に進むなんてモードがあります。これも頭がこんがらがってとてもまともに飛ばせないと思います。クアッドの設定にあっても良いのでしょうが、ヘリの設定からはぜひ削除してもらいたいです。

以下 和訳

もしAPM2.5のセッティングが初めてなら、先にこれを見ることは価値があります。

ミッションプランナーを使ったセットアップは、USBでコンピューターとAPMを接続し、ボーレートとCOMポートをセットしコネクトを押してAPMのパラメーターが転送されるのを待って、ファームウェアー画面でAPMセットアップボタンを押し、RADIO CALIBRATIONタブを開きます。

Radio Calibrationタブでは、ミッションプランナーと送信機のキャリブレーションをとります。画面の中のグリーンバーが、エレベータースティックを除き、スティックと同じ方向に動くか確かめます。

その修正には送信機のリバース機能を使う必要があるかもしれません。フタバ送信機の場合はスロットル/コレクティブを除いてリバース機能は必要ありません。

加速度センサーのキャリブレーション

APMをヘリに搭載する前に加速度センサーのキャリブレーションを行うことを推奨します。やり方はここに詳しく書いてあります。ファームが2.9以降ではキャリブレーションは必須で、ヘリに搭載する前に行う方が簡単です。

サーボの設定

1.コレクティブピッチを上げるとピッチバーが上がるように設定してください。ダメならキャリブレーションに戻ってやり直してください。送信機のリバース機能を使う必要があります。

2.ピッチアップに伴ってすべてのサーボの向きが正しい方向に動いているかチェックしてください。どれかが反対に動くなら画面のREVチェックボックスをクリックしてください。1か2のサーボが反対に動いてもびっくりしないでください。たぶん一つはチェックしないといけないと思います。

3.サーボの正しい位置を画面に入力してください。0はスワッシュの前面です。サーボ位置を変更した場合は画面を切り替えるか画面上のコンパスをクリックする必要があります。

スワッシュ可動範囲の取り込み

4.マニュアルボタンを押すとサーボをフリーに動かすことができ、送信機がダイレクトにサーボをコントロールできます。

送信機のコレクティブピッチを動かし、スワッシュを最上部と最下部まで動かして下さい。サーボが引っ掛かるようならトップとボトムをを手動で設定してください。

ピッチ0の位置で、ゼロボタンを押します。もっとうまく調整したければホバリングピッチ(3から4度)にセットするとモードを切り替えた時にヘリが上昇しなくて済みます。が、これはイニシャルセットアップの後の微調整です。

セーブボタンを押して終了です。

もう一度やりたい場合は、一度セットアップウィンドウを閉じてからやってください。

5.エルロン・エレベーターの最大値は度で与えられます。デフォルトは45度です。

ノート:ピッチチャンネルのミッションプランナー内のリバース機能は使わないでください。アーミングシステムが動作しなくなります。その代りサーボか送信機のリバースを使ってください。

ラダーの設定

6.Revチェックボックスを使って正しい方向にサーボが動くようにしてください。スティックを右に倒すとヘリは時計回りをするのが正しいです。(上から見て)繰り返しますがリバース機能は使わないで下さい。

7.マニュアルボタンを押して送信機のラダースティックを動かしリンケージが突っ張らない範囲でのminとmaxレンジを取り込んでください。

セーブボタンを押してください。

必要なら同じようにピッチの範囲も手動で設定できます。

8.外付けジャイロを持っている場合は、ジャイロエナブルボタンをクリックします。ゲインは1000~2000の範囲で手動で入力します。これはチャンネル7の出力で、外付けジャイロのゲインコントロールにつないでください。

しかし、外付けジャイロは過去のオプションで不要です。APM2.5は十分なヘッドロック機能を持ってます。

CH-8を使ったロータースピードコントロール

ESCをAPMを使ってコントロールするためには、入力側のCH-8にスロットルシグナルを入力し、出力側のCH-8にESCを繋ぎます。スロットルをCH-8に割り当てるのは重要で、飛行前のアーミングに必要です。アーミングしないとモーターは回らないしピッチも動きません。なのでCH-8をオンオフすることでスロットルホールドとして使えます。

RCSはヘリセットアップタブでセットでき、セットアップは3通りあります。

注意:ミッションプランナーにはバグがあります。モード1は直接制御、モード2はESCのガバナー用なのにミッションプランナーはモード1のセットポイントを聞いてきます。これはモード2用です。注意してテストしてください。次のバージョンで修正されることを期待します。

モード0(disable)

モード0に設定するとch8無関係にアーミングはできますが、ピッチだけが動きモーターは回りません。

モード1

直接制御ですが、アーミングするまでは最スローのままです。H_RSC_RAMPの値に従ってモーターは回転を上げます。

ESCがスロースタートを備えてる場合はH_RSC_RAMPを0にセットすることもできます。一度上昇した後はスロットルシグナルに従います。H_RSC_RAMPはモード1,2で最初にスロットル操作をした場合に有効です。スーパーソフトスタートのようです。H_RSC_RAMPを1000にセットすると10秒です。RC-8_Minの値から10以下の間でしかアーミングできません。

モード2

CH-8はハイかローしか受け付けません。ハイの場合セットポイントの値を出力します。ローの場合はRC8_Minの値を出力します。ESCをCh-8に継ぎガバナーモードにしてください。モード2では2ポジションスイッチを使えます。ダウンの場合は最小値、アップの場合は最大値を出力するようにしてください。

ESCのキャリブレートには小細工が必要です。直接受信機につないで行うのが楽です。
APMを通して行うには、ブレードを外すかピニオンを緩めてください。まず最初にAPMとのキャリブレーションを行って100~-100のエンドポイントを覚えさせてください。ESCを外しシステムを稼働するとシグナルがないのでビープ音が鳴ります。ch-8はローにしてくださいアーミングできません。アーミングするとピッチスティックを中立にしてください。(アーミング解除を防ぎます)。CH-8をハイにして15秒待ちます。ESCをつなぐとハイシグナルを確認します。そこでch-8をオフにするとPWM信号はすぐにminに落ちESCはローを確認できます。これで準備が整いました。CH-8をハイにするとモーターは全力で回ります。 R_RSC_RAMPを1000に設定してあれば10秒かけてゆっくり上昇します。500だと5秒、2000だと20秒です。
そのあとでハイエンドポイントを80に変更します。ガバナーが制御してくれます。これで、簡単に使えます。ch8をオフでピッチを下げてアームし、CH8を切り替えると設定回転数でモーターが回ります。
ここで、アーミング後ピッチがminで10から15秒ほっておくとアーミングが外れます。この時すぐにAPMはモーターを停止します。安全ですが迷惑でもあります。これを防ぐには、ちょっとだけピッチを上げておきます。
APMは、いつでもスティックを右下でアームし、左下でアーム解除します。

初飛行の場合すべきことは

スワッシュ調整
どのモードで調整すればよいか?

普通はスタビモードで、アクロモードでも可能です。何をしたいかで決まります。しかし、オートモードでは行わないでください。ピッチ調整をしたければ、ヘリタブ内のボタンを使うべきですが、マニュアルで行いたい場合はアドバンスドパラメータータブを弄ってください。この場合はACROモードで行ってください。ACROモードではSTAB_COLパラメーターは機能しないのでABSOLUTEminとmaxをセットしてください。

Advanced Parameter listを直接変更する場合はH_SV_MANを1にセットし書き込み次に0に戻して書き込みます。スワッシュの計算をリセットするためです。やらないと前の作業が無駄になります。MPを通して行う場合は自動的にソフト側で処理してくれます。

ピッチを±10度にセットし、その後 H_STAB_COL_MIN and H_STAB_COL_MAXを30と90にしてください。これで、スタビモードで-2~8度になります。数値の変更(すなわち:MP内で変更しAPMに書き込む)はすぐに反映されず、再計算はスワッシュがリセットされた時に行われます。リブートすればスワッシュはリセットされますが、強制的に行う場合は、H_SV_MANに1を書き込みそれから0に戻して書き込むことで可能です。これで、強制的にスワッシュをリセットし H_STAB_COLの変化をすぐに確認することができます。

次期バージョンでMPのヘリタブに組み込まれることを期待します。

アクロとスタビを切り替えてスワッシュの動きの違いを確認できます。

Alt_Holdでフルにマイナスピッチを使うことができるように、マイナスピッチは多く取りH_STAB_COL_MINで飛ばしやすい値にセットすることを勧めます。ロイターやアルトホールドにモードを切替えた時にヘリが上昇しないように、H_COL_MIDはホバリングピッチに設定してください。

PIDチューニング
まず最初にLock Pitch/Rollのチェックは外してください。ヘリの場合はエルロンとエレベーターで慣性力が違うためです。長いテールと大きな塊が前後軸にあるために前後軸は左右に比べてゆっくりになるためです。ArduCopter Config tabでSTB_RLL_Pは4.5、 STB_PIT_Pは3.5にすべきです。エルロンに比べてエレベータをソフトにしバウンドを防ぐためにI値はゼロにすべきです。

Rate partは少しトリッキーです。
RATE_PIT_P and RATE_RLL_Pは最適値を得るために変更しなければなりませんが、最初は0からスタートすべきです。注意すべきは、スワッシュサーボのスピードやホーンの長さ、ブレードグリップアームの長さ、H_PIT_MAXとH_ROL_MAXの影響を大きく受ける事です。これらを変更すると Rate PIDの値を微調整する必要があります。スピードの速いサーボを使うとハンチングなしでPの値を上げることができコントロール性がよくなります。RATE_RLL_I は0.1000 (default)、RATE_PIT_I は 0.0500 (default is 0.1000)から始めてください。ArduCopter Config tabの中でch6を CH6_RATE_KPに割当てminを0.001、maxを0.075に設定します。そしてch6のダイアルを一番下に回しきってください。パラメーターをリフレッシュしRATE_PIT_P と RATE_RLL_Pの値が0.01づつ上がれば、適切にch6が働いています。
この調整は広い場所で無風の時に行うことを強く推奨します。室内の場合は20m×20mは必要ですが、上級者の場合だけ行ってください。

注意深くヘリの回転を上げますが浮上はさせてはいけません。トレーニングギアを装着するのがベストです。コントロール不能になった場合のために1インチほど浮かすがすぐにおろせる体制をとっておいてください。結果が悪ければすぐ降ろせるように!P値が0.01でハンチングが出てはいけません。もしハンチングが起こった場合は問題があるのでDIYDronesに相談してください。
さて、ノブを回し0.02を試します。コントロールできなくなることを念頭に浮上を試みます。ハンチングが出るまでだんだんP値を上げていきます。もしハンチングが始まったらすぐにヘリが破壊されることでしょう。エルロン方向のハンチングが早く始まるでしょう。それは慣性モーメントが少ないためです。
ハンチングが始まるポイントまで上げてもコントロールしにくい場合でも、RATE_RLL_Pは450サイズヘリで0.004か少し大きいくらいでやめる方がよいです。ハンチングポイントが見つかったら少し(0.005-0.01)値を戻します。そこでch6チューニングをNoneに設定し 改めてRATE_RLL_P と RATE_PIT_P に最適値を設定します。
P値を高く設定すると激しいタコ踊りが始まりることを覚えておいてください。
P値を決定するに当たりRLLをPITより少し高く設定します。RLLが0.04の場合はPITは0.05のように。

次にI値の設定を行います。同じようにch6を使います。RATE_PIT_I 値はRATE_RLL_Iより低いことを覚えておいてください。RLLを0.25、PITを0.15で試してみましょう。PよりIはクリティカルではないです。ヘリを壊す可能性よりバウンドする可能性が高いです。酔っぱらいのような飛び方をします。こうなったら値の修正の時期です。
RATE_RLL_FFは0.02から始めましょう。PITも同じ値です。この数値を書き込みテストフライトを行います。コントロールしやすく感じるはずです。450サイズでは0.04と0.05を試してみましょう。どのくらい高く設定できるかは定かではありませんが最終的にはハンチングを始めます。

ここで質問があります。風があってうまく飛ばせないときはどうしますか?
STB_RLL_Pを3.8から4.5に上げるのはある意味正しい方法です。全体的には風に対して強くなりますが、搭載カメラにとってはよくありません。間接的にサーボの動作量を増加させます。

RATE_RLL_Pを上げるのはハンチングを起こすので解決策ではありません。RATE_RLL_FFはコントロール性をハンチングなしで上げますが、不意にハンチングが起こる可能性があります。
RATE_RLL_I and I_MAXも重要です。I値を上げることでハンチングなしの飛行ができます。サーボホーンを大きくすることもPID値を上げるのと同じ効果です。解決策ではありません。PIDの再設定が必要になるしサーボの解像度を下げることになります。
Rate I値は古典的なI値ではなく減衰していくI値です。100msごとに2%減衰していきます。これは複雑ですが理由があります。一つはスタンダードなI値を使った場合、傾いてヘリを置いた場合、スワッシュはゆっくりI値の蓄積によって傾き始めます。回転を上げてヘリが転倒したら面白くありません。問題は、減衰I値によってどのくらいのコントロール力が制限を受けるかです。通常のI値を使用することができればいいのですが、CH8ローター速度コントローラ(ガバナー)を適切に設定されている場合は減衰I値でもうまく機能します。

ラダー設定

同時にRATE_YAW_FFについて0.004から始める。 RATE_YAW_FFを少し増加させるとRATE_YAW_Pを下げる効果があると思うかもしれない。RATE_YAW_Pは0.25から始めてP=0.120かP=0.100まで下げる。 I = 0.02 and D = 0.002を試してみる。

600サイズヘリの場合のラダーのセッティングは

RATE_YAW_D 0.004
RATE_YAW_FF 0.05
RATE_YAW_I 0.15
RATE_YAW_IMAX 2000
RATE_YAW_P 0.38

まだ作業は完了していないが、ラダーのコントロールは前バージョンに比べ強力になりハンチングが少なくなったことに気付くはずだ。

アクロモードセッティング

AXIS_ENABLEは1にセットしなければ飛行できません。AXIS_ENABLEは3-D “heading lock” ジャイロをオンにします。

その他のパラメーター

ACRO_BAL_PITCH と ACRO_BAL_ROLL:
仮想平面を作り出しヘリを水平に戻そうとします。トレーニング装置の付いたアクロで、200でほとんどスタビライスと同じ感覚で操作できます。50でちょうどよく、0は明らかにオフ状態です。

ACRO_TRAINER:
ACRO_BAL_ROLLに付け加えて45度以上のロールをできなくします。

回転レートを上げたければ、 ACRO_P、デフォルトは4.5で202度/秒ですが、6にセットすると270度/秒、8は360度/秒になります。ジャイロは最大2000度/秒まで設定できます。

2.9のアクロモードは少し奇妙です。地軸をもとに振る舞います。たとえばラダーはいつでも地表面と平行に回転させます。ロールで横向けてからラダー操作を行うとエレベーターが反応します。右ラダーを打つとエレベーターアップになりあたかも地軸に沿って回っているかのようです。機体軸をもとに行われるアクロ(慣れている)への変更を期待します。

アクロモードでは、エレベーターで90度を越した操作はできません。地軸をもとに行われるアクロの限界です。


スタビライゼーションモード
STAB_PIT_PとSTAB_RLL_Pはどれくらいにすればいいかが関心事でしょう。これらはバージョン2.73では1以下の相当低い値でしたが、今のバージョンでは3.5か4.5にできます。これは期待されるサーボの動きを得ようとしたときに有効です。

スロットル設定
THR_MIDはパイロットの入力値0~1000をモーターへの出力値の130~1000に変換します。2つのスケールをもっていて0~500の入力を130~THR_MIDに置き換え、 501~1000を THR_MID~1000に置き換えます。
THR_MIDはホバリング用にセットされます。

600サイズヘリの場合のスロットルセッティングは

THR_ACCEL_D 0.001
THR_ACCEL_I 0.6
THR_ACCEL_IMAX 500
THR_ACCEL_P 0.3
THR_ALT_I 0
THR_ALT_IMAX 300
THR_ALT_P 2
THR_MAX 1000
THR_MID 500
THR_MIN 130
THR_RATE_D 0.001
THR_RATE_I 0
THR_RATE_IMAX 300
THR_RATE_P 3


バー付モード
 H_Flybar_Modeを1にセットするとどうなるか?
まず、アクロモードですべてのstabilization/rateを無視します。スティックの入力値がダイレクトにサーボに伝わります。APMがやることはCCPMミキシングだけです。アクロモードはフルマニュアルで、トリムも効かなくなります。機械的にスワッシュレヴェルを行っていないとホバリングでロールし始めます。そのためスワッシュレべリングはリンケージで調節する必要があります。もしくは送信機のトリムを調節すかですが、送信機のトリムはいい考えではありません。他のモードでAPMはトリムをスティックが操作された状態と判断するからです。
2つ目は、 Rate I値は0近い値になります。そのためヘリを動かそうとしたときにすぐに動きません。積分値でのみ動き出すためにホバリング時にはオートトリムが設定されているようです。スティックを動かしてもすぐに反応しません。積分値とフライバーはまったく同じ機能ですがお互いに相手が何をしようとしているかが分からないために積分値には奇抜なことをしてほしくない。


アクロモードでの3D飛行
下のセッティングで3Dはうまく行えます。
ACRO_BAL_PITCH = 50 ACRO_BAL_ROLL = 50 ACRO_P = 4.5 ACRO_TRAINER = 0 AXIS_ENABLE = 1

以下同じ意味合いの事が書かれているので省略

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