Bir drone’un tutum kontrolcüsü nasıl kurulur?
ArduPilot, PX4 ve Betaflight dahil çoğu çok rotorlu uçuş yazılımı tutumu her eksende iç içe iki döngüyle kontrol eder. Dıştaki açı döngüsü tutum hatasını istenen dönüş hızına çevirir. İçteki hız döngüsü ise hız hatasını motor komutlarına çevirir; jiroskopu doğrudan kullanır ve çok daha hızlı çalışır.
Bu yüzden ayar içeriden başlar. İyi ayarlanmış bir hız döngüsü her şeyin temelidir; dıştaki açı döngüsü genellikle tek bir oransal kazançtan ibarettir. Her terimin ayrı bir görevi vardır:
- P (oransal) anlık hataya tepki verir. Düşükse araç tembel hissettirir; yüksekse hızlı salınım yapar.
- I (integral) merkez dışı kütle ya da sabit rüzgâr gibi kalıcı hataları giderir. Çok yüksekse yavaş aşma ve yalpalamaya yol açar.
- D (türev) değişim hızına tepki vererek aşmayı sönümler. Jiroskop gürültüsünü de büyütür; bu yüzden filtreleme önemlidir.
- FF (ileri besleme) doğrudan komuta tepki verir. Döngüyü kararsızlaştırmadan takibi iyileştirir.
Yaygın uçuş yazılımlarında kazançlar nerede?
Parametre adları yazılımdan yazılıma değişir ama yapı aynıdır. Roll ekseni örneğiyle:
| Yazılım | Hız döngüsü | Açı döngüsü |
|---|---|---|
| ArduPilot Copter | ATC_RAT_RLL_P, _I, _D, _FF | ATC_ANG_RLL_P |
| PX4 multikopter | MC_ROLLRATE_P, _I, _D, _FF | MC_ROLL_P |
| Betaflight | Roll P, I, D ve ileri besleme | Açı modu gücü (Angle Strength) |
Neden önce test düzeneğinde ayar?
Serbest uçuşta her etki aynı anda karışır: öteleme, rüzgâr, batarya gerilim düşümü, yer etkisi ve pilot girdisi. 3 eksenli bir düzenekte araç yalnızca dönebilir; böylece tutum tepkisi yalıtılmış, tekrarlanabilir ve ölçülebilir hale gelir. Kötü bir kazanç da kazayla değil, bir yalpalamayla sonuçlanır.
Bunun bedeli, düzeneğin sistemin bir parçası olmasıdır. Halka ataleti, yatak sürtünmesi ve dönme merkezi ile aracın kütle merkezi arasındaki her kayma dinamiği değiştirir. Düzenekte bulunan kazançlar güçlü bir başlangıç noktasıdır, son cevap değil. Hangi düzenek özelliklerinin en çok önemli olduğu 3 eksenli test düzeneği rehberinde anlatılıyor.
Neler ölçülmeli?
- İstenen ve gerçekleşen hız, her eksende, hız döngüsü frekansında kaydedilmiş olarak. ArduPilot bunları RATE kayıt mesajına yazar; PX4 hız komutunu ve ölçülen açısal hızı kaydeder.
- Basamak tepkisi: keskin bir komuttan sonra yükselme süresi, aşma ve oturma süresi.
- Salınım frekansı ve genliği; P kaynaklı hızlı salınımı I kaynaklı yavaş yalpalamadan ayırmak için.
- Motor çıkışları; doyumu ve motorlara ulaşan gürültüyü görmek için.
- Bağımsız bir referans. Eksen enkoderli bir düzenekte kontrolcünün kendi tutum kestirimini ölçülen açıyla karşılaştırın.
İşe yarayan bir ayar sırası
- Aracı hazırlayın. Kütle merkezi dönme merkezine gelecek şekilde fikstürde dengeleyin, motor yönlerini ve pervaneleri kontrol edin, jiroskop filtrelerini gövdenin titreşimine göre ayarlayın.
- Temkinli başlayın. Hız döngüsünün P ve D kazançlarını varsayılanların altına çekin, I’yı düşük tutun. Gazı sınırlayın ve düzeneği koruma altında tutun.
- Hız P’sini her seferinde tek eksende ayarlayın. Hızlı bir salınım görünene kadar P’yi küçük adımlarla artırın, sonra bir pay bırakacak kadar geri çekin.
- Aşmayı sönümlemek için D ekleyin. Basamaklar temiz oturana kadar D’yi artırın. Motorlar ısınır ya da gürültülü çalışırsa durun: D artık gürültüyü büyütüyordur.
- Tutum tutma için I’yı yükseltin. Eksen sabit bir kaymaya karşı yavaş yalpalamadan duruşunu koruyana kadar I’yı artırın.
- İleri beslemeyi ekleyin, ardından açı P’sini ayarlayın. Takibi sıkılaştırmak için FF kullanın, sonra dış açı kazancını aşma yapmayan net bir tepki için ayarlayın.
- Pitch ve yaw için tekrarlayın, sonra birleşik hareketi deneyin. Yaw genellikle daha az D ve daha fazla I ister. Çapraz etkileşimi görmek için birleşik eksen manevralarıyla bitirin.
Tipik sorunlar ve anlamları
- Hızlı, vızıldayan salınım: P ya da D çok yüksek veya filtreleme yetersiz.
- Hareketten sonra yavaş yalpalama: I ya da açı P’si çok yüksek.
- Yavaşça geri dönen kayma: I çok düşük ya da düzenekte kütle merkezi dönme merkezinin dışında.
- Isınan motorlar, gürültülü çıkışlar: D terimi gürültüsü. D’yi artırmadan önce jiroskop ve D terimi filtrelerini gözden geçirin.
- Birbirini bozan eksenler: gövde esnemesi, gevşek uçuş kontrol kartı montajı ya da sınırlı yaw yetkisi. Birleşik hareketi test edin.
Düzenekten ilk uçuşa
Havada kısa bir ince ayar bekleyin: aerodinamik sönüm, öteleme ve batarya gerilim düşümü yerde yoktur. ArduPilot ve PX4 uçuş sırasında çalışan otomatik ayar (autotune) işlevleri sunar; düzenekte bulunmuş bir başlangıç noktası bu uçuşları kısaltır ve güvenli hale getirir. Stabilize bir modda uçun, aynı sinyalleri kaydedin ve düzenek kayıtlarıyla karşılaştırın. Büyük farklar genellikle kontrolcüye değil, düzeneğin ataletine, sürtünmesine ya da dönme merkezi kaymasına işaret eder.
INFINITE-HIL X1 iki düzenek yaklaşımını da destekler: aracın kendi kontrolcüsünün onu döndürdüğü serbest çalışma ve platformun modele dayalı bozucu torklar uyguladığı HIL senaryoları. Çalışma modu ve güvenlik önlemleri projeye göre belirlenir. PID ayarının tam bir doğrulama sürecindeki yeri için SIL’den HIL’e uçuş kontrol kartı testi rehberine bakın.