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1538 killagreg 1
V0.70d Ausgangsversion.
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G.Stobrawa 02.08.2008:
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 - Code stärker modularisiert und restrukturiert
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 - viele Kommentare zur Erklärug eingefügt
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 - konsequent englische Variablennamen
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 - PPM24 Support für bis zu 12 RC-Kanäle.
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 - Support für Kompass CMPS01, MK3MAG oder MM3
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 - 2. Uart wird nun unterstützt (MCU = atmega644p im Makefile)
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 - Auswertung des UBX-Protocols an 1.  oder 2. Uart
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 - einige kleinere Bugfixes
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 - GPS-Hold-Funktion hinzugefügt
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 - GPS-Home-Funktion hinzugefügt (wird beim kalibrieren gelernt)
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 - Zusätzliche Punkte im Menü des KopterTool zur Anzeige des GPS-Status und der MM3-Kalibierparameter
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- Hardware Configuration:
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   - Die PWM des MK3MAG/CMPS03 wird wie bisher standard über den Port PC4 (Pin5 an SV1 der FC) eingelesen.
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   - Der MM3 wird wie folgt verbunden.
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		FC 1.0/1.1/1.2 Level Shifter  MM3
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		SCK (Pin1 SV5)    --->     SCK (Pin1)
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		MISO (Pin3 SV5)   <---     MISO (Pin2)
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		MOSI (Pin5 SV5)   --->     MOSI (Pin3)
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		GND (Pin6 SV5)    --->     GND (Pin7 / Pin14)
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		PC4 (Pin5 SV1)    --->     SS (Pin4)
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		PC5 (Pin6 SV1)    --->     RESET (Pin6)
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     Zusätzlich benötigt der MM3 noch eine 3V oder 3V3 Versorgung an VDD (Pin12).
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    - Für das UBLOX-Modul muss noch GPS-GND mit FC-GND (Pin7 SV1) und
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      die GPS-TXD Leitung mit FC-RXD (Pin1 SV1) verbunden werden,
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      wenn man die FC 1.0 mit dem Atmega644 verwendet.
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      Für die FC 1.1/1.2 mit Atmega644p-Bestückung benötigt man FC-RXD1 (Pin3 SV1).
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      Zusätzlich benötigt das UBLOX-Modul noch eine 5V-Versorgung die ggf. von
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      der FC (an Pin2 SV1) abgegriffen werden kann.
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      Wenn die FC gültige  Messages vom GPS empfängt, blinkt die rote LED mit 4 Hz.
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- Konfiguration des MK
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	- Die Firmware 0.70d benötigt mindestens das Mikrokpter Tool 1.53
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	- Es sollte ein Haken bei GPS und Kompass gesetzt sein. Wenn nur GPS aktiviert ist, wird intern immer auch der
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          Kompass aktiviert, da er für den GPS-Regler unbedingt notwendig ist.
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	- Unter Sonstiges: Kompass-Wirkung etwa auf ca. 127.
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	- User Parameters: (nur notwendig wenn man den MM3 verwendet)
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	  Parameter 3 --> Calibration factor for transforming Gyro Integrals to angular degrees (~170)
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	  Parameter 4 --> Angle between the MM3 Board (Arrow) and the MK head (typical ~180)
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	- NaviCtrl Paramter: (werden benutzt um die GPS-Regelung zu parametrisieren)
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          - GPS Mode Control:
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            Setzt man normalerweise auf ein Poti um wärend des Fluges die GPS Funktion schalten zu können.
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            <  50    : --> aid mode  (aktuelle Position wird gehalten, wenn keine Nick/Roll-Sticks in Mittenstellung)
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            50 ..180 : --> free mode (GPS-Regelung inaktiv)
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            > 180    : --> home mode (MK fliegt zur Home-Position, wenn diese nicht abgespeichert wurde -> aid mode)
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            Ein Wechsel des Modes wird durch einen kurzen Piep quitiert.
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          - GPS Gain:
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            Das ist der Verstärkungsfaktor mit dem die GPS-Regelung in die Steuerung eingreift.
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            Der typischer Wert ist 100. Man sollte diesen Wert anpassen, wenn nach einer einmal optimierten
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            Kombination aus P,I,D aufgrund eines veränderten Fluggewichts oder Motorleistung das Regelverhalten
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            zu stark (Wert verringern) oder zu schwach (Wert erhöhen) ausfällt.
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          - GPS Stick Threshold:
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            Dieser Wert legt fest, ab welchem Nick/Roll-Stickausschlag ein manueller Eingriff des Piloten erkannt wird,
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            und daher die GPS-Regelung abgeschatet wird. (Typicher Wert 10) Man sollte den Wert nicht zu kein wähen,
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            da man durch Trimmung an der Funke meist einige Counts in Mittelstellug des Nick/Roll-Sticks vorliegen.
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          - Min. Sat.:
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            Dies ist die Mindestanzahl der Sateliten, die bei einem 3D-Satfix empfangen werden müssen,
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            damit die GPS-Regelung aktiv wird. Für einen 3-D Satfix sind mindestens 4 Sats notwendig. Ein typischer Wert
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            von 6 garantiert ausreichende GPS-Signalstabilität.
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          - GPS-P: ca. 90
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          - GPS-I: ca. 5
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          - GPS-D: ca 90
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          - GPS Acc: unused
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	  Der P-Parameter legt die Stärke der Regelung auf eine Positionsabweichung fest, d.h. unser virtueller
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          Hilfspilot steuert stärker zur Zielrichtung wenn dieser Faktor wächst. Man kann sich das wie bei einem Pendel vorstellen.
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          Je weiter es ausgelenkt ist (je weiter der MK von der Zielposition entfernt ist) desto stärker ist die rückstellende Kraft.
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          Das führt nun gerade dazu das das Pendel in Richtung der Nulllage beschleunigt wird. Ist die Nulllage erreicht, wirkt in
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          diesem Moment auch keine Rückstellkraft. Jedoch hat das Pendel dort noch eine Geschwindigkeit, die dazu führt dass es
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          über die Nulllage hinweg ausschlägt (der MK schießt über das Ziel hinaus). Ohne jede "Reibung" oder Dämpfung würde
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          das Spielchen immer so weiter gehen. Ja es kann sich sogar aufschaukeln. Je höher dabei der P-Parameter dest stärker
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          schiebt man das Pendel an.
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          Deshalb gibt es den D-Parameter, der dafür sorgt, dass proportional gegen jede Geschwindigkeit über Grund gegensteuert wird.
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          Das ist der Reibungsfaktor im Regelsystem. Daher wirkt es im Vergleich mit dem Pendel wie eine Schwergängigkeit
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          durch Reibung im System. Ist die Reibung sehr groß, so würde ein ausgelenktes Pendel sehr langsam in die Nullage kriechen
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          und dort stehenbleiben. Ist die Reibung klein schwingt das System noch eine ganze Weile nach.
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          Nun gibt es aber genau ein Verhältnis von Rückstellkraft (P) und Reibung (D) bei der ein ausgelenktes Pendel zügig
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          in die Nullage schwingt und dort stehenbleibt (nennt sich aperiodischer Genzfall). Dieses Setting gilt es zu finden.
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          Das hängt nun aber von der Reaktion des MK auf die virtuellen GPS-Pilotenstickbewegungen ab. Diese unterligen nicht
100
          den P und D Werten der RC-Sticksettings, wohl aber den Gyrosettings.
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          Obendrauf kommt noch die Tatsache, dass die GPS-Position und Geschwindigkeit über Gund auch bei einem unbewegten Kopter
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          aufgrund der atmosphärischen Störungen und der Empfangsqualität schwanken. Übertragen auf das Bild mit dem Pendel bedeutet
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          dies, dass der Punkt schwankt, an dem das Pendel aufgehängt ist. Das führt unweigerlich zum aufschaukeln,
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          falls die Reibung (D) nicht ausreichend groß ist.
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          Ich hoffe diese Anschauung verhilft nun einigen hier die Parameter der GPS-Regelung besser zu verstehen
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          und aus der Beobachtung des Flugverhaltens des MK auf die notwendige Parameteränderung zu schließen.
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- Zusätzliche akustische Signale:
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	Signale die eine Fehlfunktion anzeigen:
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	Dauerton:	Eine GPS-Funktion ist aktiviert und es werden keine oder
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			unvollständige GPS-Daten via UART empfangen.
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			Hier ist zu berücksichtigen, dass die folgenden UBX Messages am UBLOX
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			aktiviert wurden: NAV-POSLLH, NAV-SOL, NAV-VELNED.
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			Fehlt eine dieser Messages wird breits der Dauerton gesetzt.
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	2Hz Piepen:	Ist eine der GPS-Modi Aid oder Home aktiviert, zeigt dass den Empfang valider UBX-Daten,
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			wenn noch kein 3D-Satfix vorliegt. Liegt ein 3D-SatFix vor und werden ausreichend Satelliten
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                        enpfangen, so verstummt der Pieper.
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	5Hz Piepen:     Ist der Comming Home Mode aktiv (GPS Mode Control>180) und wurde keine Home-Position
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                        gespeichert, so ertönt ein 5Hz-Piepen.
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	10Hz Piepen:	Die Kommunikation zum Kompassmodul ist gestört. (Funktioniert bei beiden Kompassmodulen)
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			Der CompassValue in den Debugs vom Koptertool zeigt dann -1 an.
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	Signale die eine Aktion bestätigen.
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	1s Piepen:	Ertönt nach dem Kalibrieren wenn die Home-Position erfolgreich gespeichert wurde.
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        kurzer Piep:    Ertönt bei einem Wechsel des GPS Control Modes.
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- Inbetriebnahme:
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	Nach dem Flashen der FC auf die Verison 0.70d sollte man zur Sicherheit den EEProm reseten und die Kalibrierung
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        für den MK3MAG/MM3 wiederholen, da diese Daten an einer anderen Position im EEProm der FC abgelegt
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        und wieder gelesen werden.
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144
	Das Vorgehen erfolgt beim MM3 und MK3MAG exakt gleich wie hier beschrieben.
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	http://www.mikrokopter.de/ucwiki/MK3Mag?highlight=%28mk3mag%29
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	- Nachdem dieser Wert über die Settings des Koptertools im MK abgepeichert ist, sollte sich der CompassValue bei
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	  Verkippungen nur unwesentlich verändern.
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	- Preflight GPS Test:
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	  Ist der Kopter eingeschaltet, so kann man den GPS-Empfang überprüfen, in dem man GPS Mode Control < 50 setzt.
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          Erhält man ein Dauerpiepen besteht keine Kommunikation zum GPS oder eine der benötigten UBX-Messseages fehlt.
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          Blinkt die rote LED der FC, so werden grundsätzlich valide Daten vom GPS empfangen. Abhilfe schafft dann die
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          Einstellung des GPS-Moduls via USB und u-Center sodass die UBX Messages NAV-POSLLH, NAV-SOL, NAV-VELNED
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          mit 57600 baud auf zum Target 1 (RS232) gesendet werden. Es empfiehlt sich alle anderen Sendungen inkl. NMEA
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          abzuschalten, da diese sonst durch den UBX-Parser auf der FC laufen und sinnlose Rechenzeit beanspruchen.
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          Am einfachsten geht das mit dem Konfigurationsfile "Conrad LEA-5H Config.txt". Dazu verbindet man das
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          UBLOX-Modul via USB mit dem PC und started das u-Center. Dan wählt man im Menü:
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          "Tools->GPS Configuration" dieses File aus und klickt auf den Button "File >> GPS".
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          Hat man diese Hürde genommen (Dauerpiepsen ist Weg), wird wahrscheinlich ein 5Hz piepen zu hören sein.
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          Dieses zeigt den korrekten Empfang aller UBX-Messages an. Je mehr Satelitten empfangen werden, desto länger werden
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          die Pausen zwischen den Pieps, bis sie schleißlich ganz verschwinden, was einen 3D-Satfix signalisiert.
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          Die GPS-Funktionen können ggf. nun wieder abgeschaltet werden (50<GPS Mode Control<180).
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        - Aid Mode (Position Hold):
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          Ist 50 < GPS Mode Control < 180 so ist die dynamische Position Hold Funktion aktiv.
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          Solange sich der Nick- & Roll-Stick in Zentralposiotion befinden (genauer Auschlag < GPS Stick Threshold)
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          wird die laterale (XY)-Position durch die GPS-Regelung kontrolliert. Dabei wird versucht die Abweichung
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          der aktuellen GPS-Position von der zum Zeitpunkt der letzen Nick/Roll-Stickbewegung gespeicherten Position zu                   minimieren. (Siehe dazu auch Gain-, D- & P-Parameter des GPS-Reglers).
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          Dadurch kann man den MK manuell zu einer bestimmten Position steuern und behält diese dann bei.
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          Es kann vorkommen, das bei extremer Timmerstellung an Nick und Roll der Funke der
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          Stick Threshold bereits überschritten wird. In diesem Fall wird das Position Hold
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          leider nicht aktiviert. Durch die automatische Abschaltung des GPS-Reglers für den Fall einer manuellen
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          Bedienung kann man jederzeit in das Flugverhalten eingreifen.
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        - Home Mode (Comming Home):
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	  Man kann die Home Position setzen, indem man bei ausgeschateten Motoren den Gas/Gier-Stick nach oben rechts oder
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          links drückt. (Also während des Kalibrierens) Es kann sein, das zu diesem zeitpunkt noch kein SatFix vorliegt.
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          In diesem Fall wird die Home-Position nicht gespeichert. Aktiviert man dann später während des Fluges                           den Home Mode (GPS Mode Control > 180) wird dieser Zustand mit einem 5Hz Piepen angezeigt. Der Kopter versucht dann
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          wenigstens ein AID Mode.
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          Das Comming Home ist analog dem Position Hold,
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          Jedoch ist das Regelziel nicht die zuletzt gespeichwerte GPS-Position sondern die gespeicherte Home Position.
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          Eine manualle Bedienung von Nick/Roll-Stick unterbricht auch hier sofort den GPS-Regler und die Steuerung erfolgt
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          manuell.
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