Как называется процедура экстренного отключения моторов коптера
Перейти к содержимому

Как называется процедура экстренного отключения моторов коптера

  • автор:

Арминг

Y6.png

А́рминг (от англ. arming или arm) — процедура «разблокировки» моторов коптера (дословно — «вооружение», перевод коптера в боевое состояние) перед полётом, после которой коптер начинает реагировать на движение стика газа, а некоторые полётные контроллеры сразу запускают моторы на минимальном («холостом») газе. Лететь коптер может только в состоянии armed, в таком случае говорят, что коптер заа́рмили.

Обратная армингу процедура — диза́рминг (от англ. disarming или disarm), разоружение, безусловное выключение моторов. Дизарминг предназначен для обеспечения безопасности включения питания борта и пульта управления, чтобы случайно оказавшийся не в нулевом положении стик газа не привёл к неожиданному для пилоту включению моторов ЛА, которое может привести к механическим повреждениям или травмам людей.

Многие полётные контроллеры переходят в состояние disarmed если некоторое время (несколько секунд) стик газа находится в нуле. Считается, что если коптер был заармлен, но не взлетел в течение нескольких секунд, то это значит, что пилот отвлёкся на что-то и может забыть о вооружённом состоянии коптера, что опасно последствиями.

После включения питания большинство коптеров находится в состоянии disarmed — «разоружён», не готов к полёту, перемещение стика газа не приводит к запуску моторов.

Большинство полётных контроллеров отображают состояние armed/disarmed цветом или миганием светодиодов, некоторые — звуковыми сигналами.

Способы арминга/дизарминга [править]

Арминг стиками на пульте [править]

Как правило, арминг/дизарминг осуществляется удерживанием в течение некоторого времени (единицы секунд) одного или комбинации двух стиков пульта управления в определённом особом положении, которое с одной стороны трудно воспроизвести самопроизвольно, а с другой стороны — заставляет принудительно перевести перед включением моторов стик газа в нулевое положение.

Какая именно комбинация стиков а́рмит коптер — зависит от типа его полётного контроллера, или, если быть точнее — от прошивки полётного контроллера. Нужно смотреть в инструкции к конкретному полётному контроллеру и его прошивке.

Некоторые полётные контроллеры (например те, что стоят в коптерах WLToys) совмещают арминг с процедурой калибровки стика газа (в некоторых случаях — и всех остальных стиков аналогично), когда стик газа нужно сначала перевести в максимальное положение, а затем в минимальное.

Арминг переключателем [править]

Некоторые пилоты считают удобным армить коптер переключателем (ряд полётных контроллеров имеют такую возможность настройки).

Преимущества арминга переключателем:

  • Можно очень быстро задизармить коптер (в то время как при дизарминге стиками, как правило, требуется удержание их в определённой комбинации в течение нескольких секунд, а это может быть слишком долго и чревато последствиями в чрезвычайных ситуациях даже при холостом ходе).
  • Можно без опаски убирать газ в 0 в полёте (важно при акробатическом пилотировании гоночного FPV-миникоптера, когда может быть ошибочно воспроизведена комбинация стиков дизарма, либо может сработать таймер дизарма при нулевом газе).
  • Можно дизармить коптер при посадке, зависнув в нескольких сантиметрах от земли (полезно для коптеров, не имеющих шасси: коптер при посадке может касаться вращающимися пропеллерами земли, травы и других препятствий, поэтому лучше если при этом моторы будут выключены).

Недостатки арминга переключателем:

  • В полёте можно случайно перепутать переключатель (например, с переключателем режима) и задизармить коптер, что естественно приведёт к падению.
  • На земле можно случайно задеть (или забыть поставить в правильное положение) переключатель — и коптер неожиданно заармится.

Арминг двумя переключателями [править]

Оба недостатка арминга переключателем можно решить использованием двух переключателей. Один из них должен контролировать арминг полётного контроллера, а другой — блокировать канал газа внутри пульта аппаратуры радиоуправления, когда при любом положении ручки газа на контроллер передаётся нулевой газ (-100%). См. подробнее пример настройки арминга переключателями в CleanFlight.

Управление квадрокоптером в аварийных режимах функционирования Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Баранов Олег Владимирович

В статье вводится понятие аварийного режима и рассматривается задача управления беспилотным летательным аппаратом ( БПЛА ) квадрокоптером в аварийном режиме функционирования. Основной особенностью аварийного режима управления автономным БПЛА является затруднение или невозможность приема сигналов от спутников глобальных навигационных систем. Это может произойти в случае попадания аппарата в электромагнитное поле различных технических объектов, в условиях плотной городской застройки или высокогорья, а также в арктических районах. В военной сфере необходимость наличия особого режима продиктована возможным воздействием на БПЛА средств «радиоэлектронной борьбы». В настоящей работе рассматриваются несколько различных подходов к решению задачи. Приводятся результаты численного моделирования процесса аварийной посадки аппарата с использованием критерия качества. Предлагается схема подмены навигационного сигнала путем внедрения инерциальной навигационной системы без аппаратной модификации аппарата. Библиогр. 17 назв. Ил. 4.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Баранов Олег Владимирович

QUADROCOPTER CONTROL IN EMERGENCY MODE

In this paper the concept of quadrocopter control in emergency mode problem is introduced and considered. Emergency control mode for the autonomous UAV can be characterized primarily by the difficulty or impossibility of receiving signals from global satellite navigation systems. This can happen if the UAV falling into the electromagnetic field of various technical objects, in dense urban or high mountains, and also in arctic regions. In the military area, presence of the special regime is dictated by the possibility of using electronic warfare devices. Several different approaches to solving the problem is offered. The results of numerical simulation of the emergency landing using a quality criteria are presented. The scheme of spoofing the navigation signal by integrating inertial measurement unit without hardware modification is proposed. Refs 17. Figs 4.

Текст научной работы на тему «Управление квадрокоптером в аварийных режимах функционирования»

2016 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 10 Вып. 2

УДК 623.746.-519+681.5.09+681.5.015 O. В. Баранов

УПРАВЛЕНИЕ КВАДРОКОПТЕРОМ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация,

199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7—9

В статье вводится понятие аварийного режима и рассматривается задача управления беспилотным летательным аппаратом (БПЛА) — квадрокоптером в аварийном режиме функционирования. Основной особенностью аварийного режима управления автономным БПЛА является затруднение или невозможность приема сигналов от спутников глобальных навигационных систем. Это может произойти в случае попадания аппарата в электромагнитное поле различных технических объектов, в условиях плотной городской застройки или высокогорья, а также в арктических районах. В военной сфере необходимость наличия особого режима продиктована возможным воздействием на БПЛА средств «радиоэлектронной борьбы». В настоящей работе рассматриваются несколько различных подходов к решению задачи. Приводятся результаты численного моделирования процесса аварийной посадки аппарата с использованием критерия качества. Предлагается схема подмены навигационного сигнала путем внедрения инерциальной навигационной системы без аппаратной модификации аппарата. Библиогр. 17 назв. Ил. 4.

Ключевые слова: БПЛА, квадрокоптер, аварийный режим, оптимальное управление.

QUADROCOPTER CONTROL IN EMERGENCY MODE

St. Petersburg State University, 7—9, Universitetskaya nab.,

St. Petersburg, 199034, Russian Federation

In this paper the concept of quadrocopter control in emergency mode problem is introduced and considered. Emergency control mode for the autonomous UAV can be characterized primarily by the difficulty or impossibility of receiving signals from global satellite navigation systems. This can happen if the UAV falling into the electromagnetic field of various technical objects, in dense urban or high mountains, and also in arctic regions. In the military area, presence of the special regime is dictated by the possibility of using electronic warfare devices. Several different approaches to solving the problem is offered. The results of numerical simulation of the emergency landing using a quality criteria are presented. The scheme of spoofing the navigation signal by integrating inertial measurement unit without hardware modification is proposed. Refs 17. Figs 4.

Keywords: UAV, quadrocopter, emergency mode, optimal control.

Баранов Олег Владимирович — аспирант; o.baranov@spbu.ru

Baranov Oleg Vladimirovich — post-graduate student; o.baranov@spbu.ru © Санкт-Петербургский государственный университет, 2016

Введение. В настоящей работе рассматриваются беспилотные летательные аппараты (БПЛА) вертолетного типа с четырьмя роторами — квадрокоптеры. В силу своих конструктивных особенностей они получили широкое распространение в различных сферах деятельности. Среди всех типов современных БПЛА именно квадрокоптеры и различные их модификации (БПЛА вертолетного типа с четным количеством роторов) обладают самой высокой маневренностью и стабильностью полета, имея при этом относительно невысокую стоимость изготовления базовой несущей платформы. Возможность квадрокоптера неподвижно висеть в одной точке делает его идеальным средством для наблюдения за различными объектами.

В то же время для БПЛА такого типа необходима сложная система стабилизации положения аппарата в пространстве [1, 2]. Для решения этой задачи на борту БПЛА устанавливается специализированная система управления полетом, включающая в себя множество высокочувствительных датчиков [2, 3]. Работа большинства из них зависит от состояния среды, окружающей квадрокоптер. Так, в условиях даже относительно слабого электромагнитного поля, создаваемого, например, вышками связи, электронный компас, размещенный на борту аппарата, будет выдавать ложные результаты позиционирования. В условиях плотной городской застройки, высокогорья и в арктических районах затруднен прием сигналов от спутников глобальных навигационных систем (GPS/ГЛОНАСС). В военной сфере ситуация с нестабильной работой датчиков (и бортовой электроники в целом) может быть связана с целенаправленным воздействием на БПЛА так называемых «средств радиоэлектронной борьбы».

В настоящее время, теория и практика построения квадрокоптеров достаточно хорошо разработана [2, 4-7]. Серийно изготавливаются множество моделей полетных контроллеров и других комплектующих для самостоятельной сборки аппаратов.

Актуальность. Наряду с БПЛА самолетного типа квадрокоптеры широко применяются для решения задачи контроля за протяженными линейными объектами (газо- и нефтепроводами, линиями электропередач) [5]. Существующие нормы на использование радиочастот для гражданских БПЛА сильно ограничивают максимальную дистанцию уверенной радиосвязи между квадрокоптером и его оператором.

В модельном ряду полетных контроллеров для квадрокоптеров практически у всех крупных производителей имеются версии оборудования, позволяющие осуществлять автономный полет без участия оператора [8]. Однако во всех без исключения случаях такого использования БПЛА подразумевается, что и в момент запуска, и на всем протяжении пути аппарата ему доступно определение своих координат с помощью систем спутниковой навигации (как правило, системы GPS). Отметим, что, в силу естественной ограниченности энерговооруженности спутника, транслируемый им высокочастотный навигационный сигнал может быть легко заглушен наземной установкой, энергетические возможности которой несравненно выше.

Известно, что квадрокоптер теряет возможность автономной работы, если невозможно определение его местоположения в пространстве с применением спутниковых систем навигации при одновременной потере (или изначальной невозможности) связи с оператором. Такую ситуацию следует считать аварийным режимом работы БПЛА.

В то же время существуют математические модели управления БПЛА, которые не подразумевают обязательно использовать сигналы от спутниковых навигационных систем, а также некоторых других датчиков [1, 2]. В настоящей работе предложен один из возможных вариантов интеграции математических моделей полета в систему управления БПЛА с целью повышения «живучести» аппарата.

3. Система управления. Общая постановка задачи. Рассмотрим роль различных элементов системы управления аппаратом при автономном его управлении. На современные квадрокоптеры могут устанавливаться следующие датчики (сенсоры): 1) цифровой барометр (требует калибровки перед вылетом); 2) трехосевой гироскоп; 3) трехосевой акселерометр; 4) электронный компас (магнитомер) различных модификаций (требует калибровки перед вылетом); 5) аппаратура спутникового позиционирования (СРЯ/ГЛОНАСС/Бейдоу); 6) лазерные измерители расстояния (редко).

В случае автономного полета, даже при условии верной калибровки датчиков № 1 и 4, полет квадрокоптера возможен только при штатной работе системы № 5. Существенно важными являются данные датчика № 1: они незаменимы для верной ориентации аппарата в пространстве при остановках и малых скоростях движения. Датчик № 4 используется в качестве вспомогательного определителя высоты, основным источником данных по высоте остается система спутниковой навигации (№ 5). Датчик № 6, как правило, включается в работу одним из последних. В силу ближнего радиуса действия он помогает избежать столкновения.

Потеря сигнала от спутников фактически «ослепит» автономный БПЛА. В этом случае будет невозможно не только выполнить полетное задание, но и автоматически возвратиться на точку старта. Штатными алгоритмами существующих контроллеров управления БПЛА в этом случае, как правило, подразумевается следующее поведение [8, 9]: 1) неподвижное «зависание» в точке потери сигнала до момента его восстановления; 2) аварийная посадка при критическом уровне заряда батарей или запаса топлива в баках (при использовании энергетической установки на топливных элементах).

Таким образом, задача управления БПЛА в аварийном режиме может быть в общем виде сформулирована как задача управления аппаратом при отсутствии сигнала от внешней навигационной системы (или при ее неисправности).

Предлагаются несколько подходов к решению данной задачи: использование математической модели квадрокоптера для непосредственного управления исполнительными механизмами в обход неисправных датчиков и замена сигнала от неработающего датчика данными, полученными в результате обработки данных с других датчиков. Возможен также и синергетический подход.

Математическое моделирование процесса управления. Основные параметры квадрокоптера представлены на рис. 1 [1].

Рис. 1. Расчетная схема квадрокоптера

На аппарат действуют подъемные силы двигателей Fi,F2,Fs,F4, сила тяжести Ft. Точка M — центр масс аппарата (совпадает с геометрическим центром), l — расстояние от центра аппарата до точки приложения подъемных сил. Стрелками Qi, 0.2, Os, Q4 показаны направления вращения винтов.

Неподвижная система координат жестко связана с землей: ось X показывает на север, Y — на запад, Z — вверх по отношению к земле. Подвижная система координат жестко связана с корпусом аппарата: ось X направлена вдоль направления движения квадрокоптера вперед, Y — по направлению квадрокоптера влево, Z — вверх. Обе системы координат правосторонние [2].

Движение квадрокоптера можно считать суммой поступательного движения центра масс и сферического движения тела относительно центра масс. Такое движение может быть описано следующей системой дифференциальных уравнений [1]:

rri—- = (sin ip sin ф + eos ip sin в cos 4>)U\, dt

то—-ф = U\ eos в cos ф — mg, (1)

Ixx—^jr — (lyy — — Jtp^oO + U2,

Здесь х,у,г — координаты центра масс робота, Ух,Уу,Уг — проекции вектора линейной скорости робота, в — угол тангажа, ф — угол крена, ф — угол рыскания, ив — угловая скорость тангажа, — угловая скорость рыскания, т — масса робота, 1хх, 1уу, — моменты инерции вокруг осей х, у и г соответственно, и2, из, и4 — каналы управления БПЛА, П — общая скорость четырех винтов, ,1тр — общий вращательный момент инерции вокруг оси винта [1, 2]:

зтр = Зр + Ц^2 Зш, (2)

где Зш — момент инерции пропеллера; N — передаточное отношение редуктора; п — КПД редуктора. Как правило, в БПЛА на электрической тяге редуктор не используется, т. е. N = п = 1 (см. (2)).

Приведем уравнения связи каналов управления и\, и2, из, и со скоростями вращения винтов о1, о.2, Пз, П4 [1, 2]:

их = ъ(п2 + о2 + п| + о22), и2 = ¡ъ(-о22 + п2), и3 = 1Ъ(-о2 + п3), и4 = d(-o21 + п2 — о3 + п2), (3)

О = -О1 + О2 — О3 + О4,

где I — расстояние между центром квадрокоптера и центром пропеллера; Ь и с! — аэродинамические составляющие тяги и коэффициента сопротивления соответственно. Квадрокоптер приводится в движение подсистемой приводов, а именно за счет вращения пропеллеров, скорости вращения которых можно выразить из системы уравнений

Таким образом, можно определить задачу управления квадрокоптером как задачу построения стратегии управления скоростями вращения четырех моторов О1, О2, О3, О4 (см. (4)) так, чтобы обеспечить асимптотически устойчивое положение квадрокоптера х0, у0, х0 с удержанием одного из углов (например, угла рыскания ф0). При этом сама точка хо, уо, х выбирается в соответствии с полетным заданием.

Отметим, что рассмотренная модель является математической моделью некоторого «идеального» аппарата с четырьмя винтами, движущегося в среде без возмущений. Именно она дает представление о характере изменения наблюдаемых величин во времени, а также об их зависимостях. Эмпирический подбор констант в модели позволяет достаточно точно приблизить расчетные результаты к наблюдаемым на реальном аппарате [9-11], однако полностью заменить систему управления квадрокоптером, построенную на датчиках, такой системой невозможно. Это объяснимо в силу ограниченной точности механического исполнения, зависимости базовых параметров набортной аппаратуры от температуры, влажности, уровня заряда батарей, возмущений внешней среды и т. д.

Применительно к управлению аппаратом в аварийном режиме модель может быть использована следующим образом. Еще до момента взлета аппарата на земле бортовой компьютер аппарата или наземный вычислитель решает систему уравнений (1) и получает необходимые значения VI, Ц2, Цз, Ц и О1, О2, О3, О4 в соответствии с установленным полетным заданием. Далее, в случае потери сигнала спутниковой навигационной системы происходят переключения управления двигателями аппарата на величины

где ОА — новые, аварийные угловые скорости вращения моторов, а О^ — необходимые для стабилизации аппарата от внешних возбуждений добавки, вычисляемые полетным контроллером штатно, в соответствии с показаниями бортовых датчиков № 2-4.

Пример. Математическое моделирование в среде МЛТЬЛВ показало, что система (1) может применяться для задачи стабилизации полета [4], а также для задачи перевода аппарата в заданную точку.

Приведем результаты моделирования возможной ситуации с выводом квадроко-птера из аварийной ситуации (точка потери связи (10,5,15)) на точку старта (точка (0,0,0)). В продолжение ранее проведенных исследований задача была разрешена адаптивным методом [4, 7, 12] с критерием качества

Здесь T — момент времени завершения полета.

Выбор критерия качества такого вида объясняется тем, что при посадке аппарата в неблагоприятных условиях следует минимизировать интегральные величины всех управляющих сигналов, таким образом получая максимальную экономию топлива или заряда батарей на случай возможного восстановления связи.

DJI Mavic Air Вопрос по блокировке двигателей

Добрый день любители DJI, насколько я знаю во всех квадриках DJI присутствует функция блокировки двигателей в полёте посредством сведением стиков, но я не нашел никакой информации о присутствии этой функции в Mavic Air. Присутствует ли она там вообще или только в положении на земле?

#2 OFFLINE ACDS

Опытный летчик АС

  • Город: Южно-Сахалинск
  • Коптер: M2P, AE2P

А вы что хотите ? Заглушить движки в воздухе ?

#3 OFFLINE Ozory

  • Город: Нижний Новгород
  • Коптер: DJI Mavic Air

ACDS , Да, меня интересует есть ли эта функция в Air, т.к в настройках ее нет, да и после небольших тестов обнаружить я ее не смог.

#4 OFFLINE fdel

  • Город: Vilnius
  • Коптер: phantom 3 sta

Пробовал без пропеллеров, как и на прочих DJI, сведение стиков вниз-друг к другу, выключает моторы.

Попробуйте без пропеллеров. Только сразу до сообщения о потере винтов.

#5 OFFLINE abcdfABCDF01

  • Город: Berlin
  • Коптер: Mavic Air 2

#6 OFFLINE Z80XV

  • Город: Псков
  • Коптер: mavic 2 pro

тот же вопрос меня интересует с мавиком 2 про.

Не получится ли случайно в полете «набрать» комбинацию стиков и обычный штатный (не аварийный) полет дрона превратиться в вертикальное падение с потерей своего имущества, и возможно порчей чужого.

проверить даже над ланчпадом — кишка тонка не дёшево он мне дался чтобы эксперименты проводить -)

#7 OFFLINE Micha

Опытный летчик АС

  • Город: Саратов
  • Коптер: MAVICи

Всенепременно получится. Можете не сомневаться. Не стабилизируется М2 с выключенными моторами, соответственно и не запустить их повторно. Это Вам не М1. С ним можно такие вещи вытворять.

Сообщение отредактировал Micha: 02 Сентябрь 2019 — 04:31

#8 OFFLINE SergKap

Опытный летчик АС

  • Город: РФ

Идиотский эксперимент. Достаточно одному взять в руки и поворачивать в вертикальной плоскости, а другому пытаться завести.

Если бы дрон при выключенных движках на любой высоте находился в обычном горизонтальном положении он бы завёлся. Другое дело, что поймать этот момент в его свободном падении невозможно, когда он кувыркается.

#9 OFFLINE Z80XV

  • Город: Псков
  • Коптер: mavic 2 pro

SergKap ,Тупо, да, но ведь не менее тупо не реализовать повторное включение силами автоматики самого дрона, если он полностью исправен. если кувыркается то запустить моторы в нужный момент всяко сподручнее чем пилоту который не ведает где дрон и в каком положении.

Также не понимаю почему в проге нет отключения винтов по высоте ? если быстро падает то только тогда выключать движки, когда скорость «снижения» явно превосходит штатную способность опускаться.и вырубать когда метров 30-50 осталось. Тупее только в принципе невозможность отключить эту функцию, то есть движки мы вам вырубим в любом случае только выберите как: так или так. и это будет не гарантийный случай и покупка у нас нового дрона. пазл капитализма из мелких деталей, но картина впечатляющая. =\

спасибо за видос. Я и ранее был параноиком, а теперь и подавно буду только по очереди дёргать стики

#10 OFFLINE SergKap

Опытный летчик АС

  • Город: РФ

Очередная тупость. Настройки джиги предусматривают запрет на отключение движков в воздухе. Если же пилот пренебрегает этой функцией и сам отключает двигатели, то дрон эту команду выполняет. Может пилоту зачем-то так нужно было ? Как в случае этого экстремального теста по проверки наличия «авторотации»

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *