滚动、俯仰和偏航控制器飞行稳定调整

这些说明将教您如何调整飞机的滚转、俯仰和偏航响应。这是对新飞机进行的首次调整,因为其他所有操作都有赖于正确的调整。

提示

我们 十分 建议 使用 AUTOTUNE 执行滚转/螺距/偏航调整.如果您无法飞行,应使用本文中的说明。

备注

对于大多数飞机而言,Plane 中的滚动和俯仰控制器的默认值故意设置得过小。这是因为过小的数值会导致 ArduPilot 无法很好地导航且速度缓慢,但导致飞机坠毁的可能性较小。俯仰默认值还具有较大的 "I "增益,以弥补初始 CG 位置的不足。一旦通过 伺服自动微调根据以下说明,应将该值设置为 "P "增益的 1/5,并进行全面飞行稳定调整。

先决条件

以下指令假定

  • 您的模型已微调

  • 您已完成无线电校准

  • 您已校准空速传感器

  • 您已调平(飞行)控制器

  • 您已将(飞行)控制器和发射机设置为能够选择 FBW-A 模式

  • 您已在 HUD 上检查了俯仰翻滚角和偏航角,并确认它们与模型的旋转一致

地面检查

  1. 在地面上选择 FBW-A 模式

  2. 将模型机头向上旋转 - 您应该看到升降舵向下偏转

  3. 将模型机头向下旋转 - 你应该看到升降舵向上偏转

  4. 将模型向右滚动 - 你应该看到左副翼/升降舵上升,右副翼/升降舵下降。

  5. 将模型向左滚动 - 你应该看到左副翼/升降舵下降,右副翼/升降舵上升。

  6. 调平模型 - 控制面应接近中性。会有一点位移,但如果超过最大投掷量的 10%,则表明(飞行)控制器尚未调平或需要重新进行无线电校准。

  7. 在模型处于水平状态时,在发射机上输入左右滚动杆 - 控制杆的偏转方向应与手动模式下的方向相同。

  8. 在模型水平状态下,使用发射机上的上下俯仰杆输入,控制杆的偏转方向应与手动模式下的方向相同。

  9. 如果您已启用空速传感器,则朝气动导管前方吹气并观察 HUD。您应该会看到空速读数增加

飞行测试

理想情况下,您需要第二个人来完成这项工作--一个人驾驶飞机,一个人调整参数。要执行本程序的手动操作部分,您必须是一名熟练的遥控飞行员,或者有人可以帮助您。否则,您需要从 "初始评估 "的第 2 步开始,并更加谨慎地调整控制增益,小步增加。

初步评估

  1. 使用手动模式起飞,将微调和油门调整到巡航位置,使飞机以您可以接受的速度平直飞行。这通常会在 30% 到 60% 的油门之间,具体取决于您的模型功率有多大。

  2. 当飞机飞离您时,切换到 FBW-A。飞机应继续保持机翼水平飞行且高度相当稳定(可能会缓慢爬升或下降)。如果飞机想要翻滚或俯仰,但幅度很小,则说明模型的修整、(飞行)控制器水平或无线电校准出现了问题,您需要在进一步操作之前先解决这个问题。

  3. 如果模型开始摇摆,那么默认的 RLL2SRV_P 值对您的模型来说过高(这种情况不太可能发生,但有可能发生),您需要立即切换回手动模式,并让您的助手将该值减半。 RLL2SRV_P 参数,然后再切换回 FBW-A

  4. 如果模型开始游动,默认的 PTCH2SRV_P 值太高(这种情况不太可能发生,但有可能发生),您需要立即切换回手动模式,并要求您的助手将 PTCH2SRV_P 参数,然后再切换回 FBW-A

滚动控制飞行稳定调整

方法 1

这种方法最简单,但效果并不理想。对于熟悉调整旧式 PID 控制器的用户,可以使用 RLL2SRV_P, RLL2SRV_IRLL2SRV_D 增益的效果相同,但高级用户还可以设置一些附加值。

  1. 在 FBW-A 模式下,通过将副翼操纵杆完全推向上方来实现快速倾角要求,保持几秒钟后松开。在另一个方向做同样的动作。您希望模型快速平稳地滚动到新的倾角,然后再返回,不会出现过冲或任何机翼 "摇晃"。如果滚转反应太慢,则逐步增加 RLL2SRV_P 以 0.1 为增量,直到您满意为止。

  2. 如果出现倾角摆动或过冲,则需要减小 RLL2SRV_P.如果此时您仍然没有得到足够的回应,那么您需要遵循方法 2。

  3. 当您对滚动响应感到满意后,就可以慢慢增大 RLL2SRV_I 为控制器提供一些 "I 增益",使其能够更好地应对风力。0.05 的值适用于大多数机型。如果在提高 I 值时出现过冲或振荡,则将其减半。

方法 2

这种方法可以获得更好的结果,但需要更加谨慎,因为步骤 2 可能会产生高频率的不稳定性,如果继续下去,副翼伺服器可能会过热。

  1. 在 FBW-A 模式下,按要求快速倾斜,保持并释放。在另一个方向也做同样的动作。您希望模型快速平稳地滚动到新的倾角,然后再返回,不会出现过冲或任何机翼 "摆动"。如果滚转反应太慢,则逐步增加 RLL2SRV_P 增益以 0.1 为增量,直到对响应感到满意,或者开始出现倾角摆动或过冲为止

  2. 增加 RLL2SRV_D 以 0.01 为增量,直到开始振荡,然后减半。不要超过 0.1 RLL2SRV_D 着陆时不要检查舵机的温度,因为在极端情况下,调高增益会导致舵机快速移动,并使舵机过热,从而导致过早失效。

  3. 现在开始增加积分器增益 RLL2SRV_I 从默认值 0 开始,以 0.05 为单位减小,直到倾斜角开始超调或摆动,然后再减半。

飞行稳定调整技巧

  • 选择任务计划飞行数据页面底部的调整框。地图上方会出现一个滚动的黑色窗口。在黑色窗口中双击,您将看到一个要绘制的参数列表。更改选择,直到绘制出滚转和导航滚转。导航滚动是需求,滚动是响应。您可以用它来查找过冲和其他从地面上看模型并不明显的行为。

  • 检查 nav_roll 和 roll 之间是否有稳定的偏移。如果按照基本方法操作,可能会出现偏移,可以通过设置 RLL2SRV_I 到一个很小的值(比如 0.01),这样控制环路就能缓慢调整副翼需求,消除稳定误差。

  • 虽然在超过最大副翼时(飞行)控制器会阻止积分器升高,但还可以通过以下方式提供额外保护 RLL2SRV_IMAX 参数。该参数设置了积分器可以控制的最大副翼量(以厘度为单位)。默认值为 1500,允许积分器调整总副翼行程的 1/3。除非试图调整控制器以补偿系统故障导致的较大滚动偏移,否则无需更改该参数。

  • 通过设置滚动率限制,可以对最大滚动率进行约束,使模型更平稳地进行横移。 RLL2SRV_RMAX 参数为非零值。默认值 60 度/秒对大多数型号都很适用。将该参数设置为 0 会关闭速率限制器,并使调整变化的效果更容易察觉。如果该值降低过多,则滚转控制器无法跟上导航控制器的要求,从而导致飞机轨迹偏移和摇摆。

  • 时间常数参数 RLL2SRV_TCONST 也可用于调整倾角达到要求值的速度。该参数的作用主要体现在对小阶跃滚动需求变化的响应上。对于较大的侧倾要求,侧倾速率限制 RLL2SRV_RMAX 往往会掩盖其效果。将该参数设置为较小值会使飞机在较短时间内达到所需的滚转角度,但前提是飞机具备相应的能力。反应非常慢的机身可能需要将该参数设置得稍大一些。

  • 在调整窗口中绘制滚转速度。这显示了以弧度/秒为单位的滚转速度。1 弧度/秒的值约等于 60 度/秒(更精确地说是 57 度/秒),因此如果您有 RLL2SRV_RMAX 设置为 60 时,响应大倾角要求(例如从单向全倾角到反向全倾角)时的最大滚转速度应略高于 1.0。大于 1.1 表示 RLL2SRV_P 值过高,应予以降低,而值小于 1 则表明 RLL2SRV_P 应该增加。

音高控制飞行稳定调整

方法 1

这种方法是最简单的,但不会产生最佳效果。对于熟悉调整旧 PID 控制器增益的用户来说,该控制器中的 K_P、K_I 和 K_D 增益具有相同的效果,但高级用户还可以设置一些附加值。

  1. 在 FBW-A 模式下,输入快速俯仰角要求,保持并释放。在另一个方向也做同样的操作。您希望模型快速平稳地俯仰到新的俯仰角,然后再恢复到新的俯仰角,而不会出现过冲或任何气泡。如果俯仰响应太慢,则逐步增加 PTCH2SRV_P 以 0.1 为增量,直到您满意为止。

  2. 如果出现俯仰角振荡或过冲,则需要减小 PTCH2SRV_P.如果此时仍没有足够的响应,则需要检查无线电校准、最小和最大俯仰角,并可能遵循方法 2。

  3. 现在将模型向各个方向滚动到最大倾角。在转弯过程中,机头应保持在相当水平的位置,而不会明显增加或降低高度。在恒定油门下持续转弯时,预计会有一些高度损失,因为转弯时的额外阻力会使模型减速,从而导致轻微下降。如果模型在转弯过程中高度增加,则需要减小 PTCH2SRV_RLL 在默认值 1.0 的基础上以 0.05 的小幅度递增。如果模型在转向时立即下降(如前所述,模型在转向后期减速时出现轻微下降是正常现象),则增加 PTCH2SRV_RLL 在默认值 1.0 的基础上以 0.01 的小增量递增。如果需要更改 PTCH2SRV_RLL 如果参数超出 0.7 至 1.4 的范围,则很可能是先前的俯仰环调整、空速校准或(飞行)控制器的倾角估计出了问题。

方法 2

这种方法可以得到更好的结果,但需要更加谨慎,因为步骤 2) 可能会产生高频率不稳定性,除非迅速恢复到手动操作,否则可能会对平面造成过大压力。

  1. 执行方法 1 中的调整步骤

  2. 增加 PTCH2SRV_D 以 0.01 为增量,直到开始振荡,然后减半。不要超过 0.1 PTCH2SRV_D 着陆时不要检查舵机的温度,因为在极端情况下,调高增益会导致舵机快速移动,并使舵机过热,从而导致过早失效。

  3. 现在开始增加积分器增益 PTCH2SRV_I 从默认值 0 开始,以 0.05 为单位递增,直到俯仰角开始超调或振荡,然后减半。

飞行稳定调整技巧

  • 选择任务计划飞行数据页面底部的调整框。地图上方会出现一个滚动的黑色窗口。在黑色窗口中双击,您将看到一个要绘制的参数列表。更改选择,直到绘制出俯仰角和导航俯仰角。Nav_pitch 是需求,而 pitch 是响应。您可以用它来查找过冲和其他从地面观察模型时不那么明显的行为。

  • 检查 nav_pitch-roll 和 pitch 之间是否存在稳定的偏移。如果您按照基本方法操作,可能会看到偏移,可以通过设置 PTCH2SRV_I 到一个很小的值(如 0.05),这样控制回路就能缓慢地调整升降舵需求,以消除稳定误差。该值为 PTCH2SRV_I 可以以 0.05 的小增量增加,直到您对控制环路 "重新修整 "的速度感到满意为止。

  • 虽然(飞行)控制器会在超过最大升降量时阻止积分器升高,但还可以通过以下方式提供额外保护 PTCH2SRV_IMAX 参数。该参数设置了积分器可以控制的最大升降量(以厘度为单位)。默认值为 1500,允许积分器最多调整升降舵总行程的 1/3。对于大多数机型而言,这应该足以满足微调偏移和微调随速度变化的需要。

  • 警告:如果 PTCH2SRV_IMAX 如果设置得太高,那么在 FBW-A 模式下,如果模型已经调平,零俯仰角过高,无法以安全速度滑行,那么积分器将继续增加升降舵以维持所需的俯仰角,直到模型失速。 PTCH2SRV_IMAX 应设置为一个足够大的值,以允许调整变化,但又要足够小,以免飞机失速。Plane 的默认值是总投掷量的 2/3,这可能会产生这个问题。请确保 稳定俯仰 设置为在稳定模式下低油门时增加负螺距。

  • 用于修正俯仰角误差的俯仰速率(以及因此而减少的重力加速度)可通过设置俯仰速率限制来加以限制 ptch2srv_rmax_dnptch2srv_rmax_up 将这些参数设置为非零值。将这些值设为 560 除以空速(米/秒),可得到约等于 +- 1g 的限制。

  • 时间常数参数 ptch2srv_tconst 也可用于调整螺距角达到要求值的速度。该参数的作用主要体现在对要求螺距小步变化的响应上。对于较大的螺距要求,螺距速率限制 ptch2srv_rmax_dnptch2srv_rmax_up 往往会掩盖其效果。将该参数设置为较小值会使飞机在较短时间内达到所需的俯仰角,但前提是飞机具备相应的能力。响应速度非常慢的机身可能需要将该参数设置得稍大一些。

  • 在飞行稳定调整窗口中绘制 pitch_speed 图。这显示了以弧度/秒为单位的音高速率。1 弧度/秒的值约等于 60 度/秒(更精确地说是 57 度/秒),因此,如果您有 ptch2srv_rmax_dn/UP 设置为 30 时,响应大俯仰角要求(例如从单向全俯仰到反向全俯仰)时的最大俯仰速度应略高于 0.5。大于 0.6 的值表明 PTCH2SRV_P 值过高,应予以降低,而小于 0.5 则表明 RLL2SRV_P 应该增加。

偏航控制器调整

偏航控制回路既可以配置为简单的偏航阻尼器(适用于鳍面积不足的模型),也可以配置为偏航阻尼器和侧滑控制器的组合。由于侧滑控制使用的是测得的侧向加速度,因此它只适用于那些机身侧面积足够大的模型,以便在侧滑时产生可测得的侧向加速度(一个极端的例子是特技飞行模型做刀锋动作时,所有的升力都由机身产生)。机身细长、机翼会飞的滑翔机无法使用这一功能,但只要有偏航控制装置(方向舵、差动气闸等),仍可从偏航阻尼器中获益。

调整偏航阻尼器

  1. 验证 YAW2SRV_SLIPYAW2SRV_INT 增益项设为零,则 YAW2SRV_RLL 增益项设置为 1.0,而 YAW2SRV_DAMP 增益项设为零

  2. 现在迅速将模型从一个方向的最大倾角滚动到相反方向的最大倾角。在每个方向上各做几次,观察模型的偏航运动。如果当机翼通过水平面时,机头的偏航方向与翻滚方向相反(例如,当从左侧倾角翻滚到右侧倾角时,机头指向左侧),那么就增大 KFF_RDDRMIX 直到偏航消失。请勿使用大于 1 的值。

  3. 增加 YAW2SRV_DAMP 0.05 的小增量,直到偏航角开始摆动。出现这种情况时,尾翼会出现 "摇摆"。将增益从导致摆动的值减半。

  4. 现在,将模型向两个方向滚动入弯和出弯。如果模型在转弯时有向外侧偏转机头的趋势,则增大 YAW2SRV_RLL 增益项的默认值为 1.0,增量为 0.05。反之,如果模型在进入转弯时有向转弯内侧偏转机头的趋势,则应减小 YAW2SRV_RLL 增益项的默认值为 1.0,增量为 0.01。如果您必须超出 0.7 至 1.4 的范围,则说明有其他问题需要解决,您应该检查是否正确执行了步骤 2),如果使用了空速,则检查空速校准。

调整侧滑控制器

  1. 先调整偏航阻尼器

  2. 在Mission Planner地面站中调出调整图窗口,绘制横向加速度曲线。

  3. 将模型从全倾角向各个方向快速滚动,并观察横向加速度。如果侧向加速度为零,并且在滚入或滚出弯道时没有变化,则无需进行侧滑控制。此时即可结束。

  4. 设置 YAW2SRV_INT 增益项为 1.0。如果这会导致偏航角摆动,则将增益从导致摆动的最小值减半。

  5. 如果发现 y 加速度偏移或在转弯时出现尖峰,则应逐步增大 YAW2SRV_SLIP 以 0.5 为增益步长,直至误差消失或偏航角开始振荡。如果出现偏航摆动,则将增益从引起摆动的值减半。

控制器概述

滚筒控制器

./_images/rollAP.jpg

螺距控制器

../_images/PitchAP.jpg

偏航控制器

../_images/latAP.jpg