Квадрокоптеру не нужны рулевые поверхности: он управляет положением, непрерывно меняя тягу четырёх моторов. Все пропеллеры создают силу примерно вдоль одной вертикальной оси, но полётный контроллер распределяет её не поровну. Небольшая разница оборотов превращается в крен, наклон или поворот, а одинаковое изменение всех четырёх моторов меняет высоту.
От общей тяги к движению
Пока суммарная тяга меньше веса аппарата, квад теряет высоту. Когда силы близки, он может удерживать высоту, а при избытке тяги ускоряется вверх. Это не означает, что существует одно постоянное положение стика для висения: требуемая тяга меняется с массой, напряжением аккумулятора, пропеллерами, плотностью воздуха и наклоном корпуса.
При наклоне вектор тяги тоже наклоняется. Одна его часть продолжает поддерживать квад в воздухе, другая разгоняет аппарат вперёд или вбок. Поэтому для сохранения высоты в быстром повороте обычно требуется больше общей тяги, чем при ровном висении.
Roll и pitch создаются парой моторов
Roll — вращение вокруг продольной оси, то есть крен вправо или влево. Чтобы наклониться вправо, контроллер создаёт момент: повышает тягу с левой стороны и уменьшает её с правой. Квад начинает вращаться вокруг центра масс, а после достижения нужной угловой скорости регулятор снова меняет распределение.
Pitch работает так же, но вокруг поперечной оси. Для наклона вперёд задняя пара получает больше относительной тяги, а передняя — меньше. Слово «относительной» важно: алгоритм одновременно может повышать общий газ и корректировать несколько осей, поэтому реальные команды моторам редко выглядят как простая симметричная пара.
Почему соседние моторы вращаются в разные стороны
Вращающий пропеллер передаёт корпусу реактивный момент. Если бы все четыре мотора крутились одинаково, рама постоянно стремилась бы повернуться в противоположную сторону. Поэтому два мотора вращаются по часовой стрелке, а два — против; при ровной тяге их моменты примерно компенсируются.
Для команды yaw полётный контроллер увеличивает тягу пары одного направления вращения и уменьшает тягу встречной пары. Общая подъёмная сила может почти не измениться, но баланс реактивных моментов нарушается, и корпус поворачивается. Именно поэтому неверное направление хотя бы одного мотора или неправильно установленный пропеллер ломает управление сразу после отрыва.
Что делает полётный контроллер
Стики не задают отдельные обороты. При обычном Acro-управлении они задают желаемую угловую скорость по roll, pitch и yaw, а газ задаёт базовый уровень тяги. Гироскоп измеряет фактическое вращение, PID-регулятор сравнивает его с командой пилота, а микшер переводит поправки в команды четырём ESC.
- Приёмник передаёт положение стиков полётному контроллеру.
- Контроллер формирует требуемое движение по каждой оси.
- Гироскоп показывает, как корпус движется на самом деле.
- Регулятор рассчитывает поправку, а микшер распределяет её между моторами.
- ESC меняют ток в обмотках, и обороты пропеллеров корректируются много раз в секунду.
В Angle-режиме поверх этого контура работает выравнивание по оценённому углу. Физика моторов остаётся той же: меняется только то, какую цель формирует автоматика.
Ограничение: запас тяги не бесконечен
Мотор не может получить больше максимальной команды или опуститься ниже допустимого минимума. При высоком газе запас для коррекции уменьшается: чтобы добавить тягу одной стороне, контроллеру иногда приходится одновременно убрать её с другой. Тяжёлая сборка, слишком агрессивный пропеллер, просевшая батарея или повреждённый мотор делают этот запас ещё меньше.
Рама тоже не меняет ориентацию мгновенно. Чем дальше масса расположена от центра, тем выше момент инерции и тем больше времени и тяги требуется для начала и остановки вращения. Два квада с одинаковыми моторами могут ощущаться по-разному из-за длинных лучей, тяжёлой камеры или вынесенного аккумулятора. Контроллер компенсирует движение, но не отменяет механику.
Четыре проверки перед первым взлётом
Сними пропеллеры перед проверкой моторов на столе. Даже малая команда способна неожиданно раскрутить исправный канал.
- Модель в интерфейсе наклоняется в ту же сторону, что и реальная рама.
- Нумерация моторов соответствует схеме выбранной прошивки.
- Каждый мотор вращается в указанном направлении.
- Пропеллер нужного направления установлен правильной стороной на свой мотор.
Если квад резко переворачивается при попытке взлёта, не стоит начинать с PID. Сначала проверяют ориентацию контроллера, порядок и направление моторов, затем пропеллеры. Управление четырьмя моторами работает только как согласованная система: одна перепутанная деталь меняет знак рассчитанной коррекции.
Источник для подготовки: технический материал profpv.ru. Текст и структура созданы редакцией WARPfly заново.