Realtek Quadcopter 四轴飞行器
Ameba四轴飞行器简介
- 马达编号与转向
Ameba 四轴飞行器依照马达在四轴上的位置定义其编号分别为 0、1、2及3，马达在四轴飞行器不同位置所对应的编号及转向如下图。
- 飞行原理
四轴飞行器运动姿态可分为横滚(Roll)、俯仰(Pitch)及偏航(Yaw)三种类型 ，定义如下图:
藉由控制三种姿态使飞行器前进后退、左右移动及旋转，控制方法如下:
[横滚姿态]
– 向右飞行: 马达编号 0、3 加速，马达编号 1、2 减速
– 向左飞行: 马达编号 0、3 减速，马达编号 1、2 加速
[俯仰姿态]
– 向前飞行: 马达编号 2、3 加速，马达编号 0、1 减速
– 向后飞行: 马达编号 2、3 减速，马达编号 0、1 加速
[偏航姿态]
– 顺时针旋转: 马达编号 0、2 加速，马达编号 1、3 减速
– 逆时针旋转: 马达编号 0、2 减速，马达编号 1、3 加速
Ameba Quadcopter 硬体
- 元件清单与规格
- 电路图
Ameba Quadcopter 电路配置如下，不同位置的马达必须依照编号连接到相同编号的 PCA9685 PWM 通道，顺序不可改变。
请将 MPU9xxx 焊接在洞洞板上并以排针将洞洞板与 ameba 连接，确保飞行时的稳定性，如下图
MPU9XXX 应放置于机体中心位置，请注意摆放方向必须如下图，不可任意改变。
Ameba Quadcopter 软体
- Ameba 端
请先下载sketch档: https://github.com/ambiot/amb1_arduino/raw/master/sketch/RealtekQuadcopter.zip
解压缩至Arduino的workspace里面，你可以在preference里面找到Arduino设定的workspace位置，
它的位置可以在 “File” -> “Preferences”, 选项里有个 Sketchbook location, 这个位置就是Arduino IDE预设放置sketch与library的地方
接着重开Arduino IDE, 就可以在sketch里看到 “RealtekQuadcopter”
直接编译并下载至Ameba即可。 - 手机控制端
请至google play下载Realtek Pilot app，或是从网页开启: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.quadcopter.quadpilot
- 控制介面
姿态控制介面控制四轴飞行器飞行时上升下降、前进后退、左右移动及旋转，有两种控制模式可选择，其控制方法如下
- 姿态资讯介面
此介面显示四轴飞行器定期回传至手机端的 仰俯 (Pitch)，横滚 (Roll) 及航偏 Yaw) 角度资讯 ，可用来确认 MPU9XXX 状态是否正常。
- 参数设定介面
此介面用于设定系统参数，设定方式请参考下一章节。
- 控制介面
姿态控制介面控制四轴飞行器飞行时上升下降、前进后退、左右移动及旋转，有两种控制模式可选择，其控制方法如下
参数设定
- PID 控制器
Ameba 四轴飞行器使用两个 PID 控制器，分别为姿态 PID 控制器以及角速度 PID 控制器，一般情况下只需要修正以下参数:
– Roll、Pitch 和 Yaw 的姿态(attitude)PID 控制器 P 项。
– Roll、Pitch 和 Yaw 的姿态(attitude)PID 控制器 I 项及 I Limit 项。
– Roll、Pitch 和 Yaw 的角速度(rate)PID 控制器 P 项。
– Roll、Pitch 和 Yaw 的角速度(rate)PID 控制器 D 项。
修正方式如下:
1. 将 PID 控制器所有栏位的参数设定为 0。
2. 将 Roll、Pitch 和 Yaw 的姿态 PID 控制器 P 项设置为 1。
3. 将Roll、Pitch 和Yaw 的角速度PID 控制器P 项设定为0.1，尝试让四轴飞行器起飞并观察姿态修正的情况，若是修正力道过小，将值逐渐加大，若是修正过大导致飞机翻覆，将值减小，调整出一个值让四轴飞行时晃动幅度最小。
4. 若是飞行时抖动仍然太大影响飞行，将Roll、 Pitch 和Yaw 的角速度PID 控制器D 项设定为0.0001，尝试让四轴飞行器起飞并观察姿态修正的情况，若是抖动无法消除，将此值逐渐加大直到抖动消除或变小。
5. 若使用摇杆改变飞时方向时四轴飞行器反应过于灵敏，可调整Roll、 Pitch 和Yaw 的姿态PID 控制器I 项及I Limit 项降低灵敏度，将I 值设为1，I Limit 设定为5，尝试让四轴飞行器起飞并观察姿态修正的情况，若是操控摇杆时四轴飞行器反应仍过于灵敏则逐渐将Limit 加大，若反应过于迟钝则逐渐将Limit 减小。
6. 视各姿态(Roll、Pitch 和 Yaw)飞行状况重复 1-5 步骤各自进行微调。 - 角速度限制
限制角速度PID 控制器的最大输出值，一般情况可将此值设定为一个极大值(例如: 1000)， 在干扰较大的环境(例如: 强风环境) 可尝试设定较小的值避免四轴飞行器过度修正造成震荡。 - 横滚角补偿参数及俯仰角补偿参数
四轴重心偏移中心或是MPU9XXX 摆放倾斜会造成四轴惯性飞向某一飞行，此时需要设置角度补偿消除误差，横滚角补偿参数修正衡滚误差，俯仰角补偿参数修正俯仰误差，修正方式如下
– 惯性向左飞行: 设置横滚角补偿参数大于 0，值越大修正幅度越大。
– 惯性向右飞行: 设置横滚角补偿参数小于 0，值越小修正幅度越大。
– 惯性向前飞行: 设置俯仰角补偿参数小于 0，值越小修正幅度越大。
– 惯性向后飞行: 设置俯仰角补偿参数大于 0，值越大修正幅度越大。 - 摇杆增益
改变摇杆前后及左右方向的控制增益，若将此参数增大，推动摇杆将获得较大的变量。 - 油门限制
限制遥控器所能控制的油门最大值。 - 控制模式
设定控制介面的模式。 - 锁定、解除锁定以及同步按键
– 锁定按键: 点击后系统进入锁定状态，锁定状态将无法以手机控制四轴飞行器
– 解除锁定按键: 解除系统锁定状态并同步设定参数
– 同步按键: 点击后参数设定介面所设定参数将与四轴飞行器同步，每次修正系统参 数后须点击此键将手机与四轴飞行器同步
开始飞行
- 飞行场地 请确保飞行场地符合以下条件 – 空旷 – 低风速 – 在草地上方飞行可降低摔机时四轴飞行器的损坏程度
- 启动四轴飞行器并与手机连线 – 将 ameba 上电后，使用手机搜寻 ameba WiFi AP (SSID: quadcopter) 并连线 – 连线后姿态资讯介面会动态显示四轴飞行器俯仰、横滚及偏航角度，请检查数值是否正常
- ESC 校正 第一次飞行时请依照以下步骤校正 ESC – 移除飞行器上的桨 – 将所有 PID 参数设定为 0 – 将油门限制设定为 100% – 解除系统锁定状态 – 依照 ESC 说明书指示进行校正
- 解除控制系统锁定状态 ameba 四轴飞行器上电后初始状态会将控制系统锁定，点击解除锁定按键解除锁定 状态，此时与 ameba 脚位 18 连接的 LED 灯会亮起。
- 起飞 – 缓慢推动油门，观察四轴飞行器起飞状态 – 若是飞行容易翻覆或难以控制，尝试修正 PID 及横滚角、俯仰角补偿参数
- 其他注意事项 接近四轴飞行器前请先锁定系统避免发生危险 – 受到讯号范围影响，飞行距离请勿超过 10 公尺 – 锂聚电池过度放电将使电池寿命及品质降低，请避免电池内各cell的残电量低于3.8V
异常状态排除
- 无法开机 – 重新烧录 ameba 四轴飞行器程式 – 检查电路元件各脚位是否连结到正确的位置，无短路及接点松动的情况发生
- 无法稳定飞行 – 检查马达旋转方向是否正确 – 检查桨的配置是否正确 – 检查各 ESC 与 PCA9685 所连接的通道编号是否正确 – 重新校正 ESC – 调整 PID 参数 – 检查电路是否发生短路 – 避免环境有过多 2.4GHz 讯号干扰
- 起飞后惯性朝特定方向飞行 修正横滚角度补偿参数及俯仰角度补偿参数
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