2014年5月11日

MultiWiiでヘリコプター(3) とりあえず浮いてます。テールモーター制御が課題

HobbykingのnanoWiiコントローラでマイクロヘリを飛ばそう計画。

PWM出力をBLHeliに合わせるのはまだできておらず、現状サーボ信号相当の1000us~2000usPWMとしてESCに認識された状態でPID係数の効果と現状の課題洗い出しをしています。

ハードウェア加工はごく少量で、まずnanoWiiにwalkeraサーボ用のmolex 1.25mmコネクタ3つを直付け。信号線ピンを折り曲げて基板に直接ハンダ付けできる位置にコネクタを接着してから作業しました。GNDとVCCのピンは横に橋渡ししてハンダ付けします。


メインモーターとテールサーボの信号は基板裏側に信号線をハンダ付けして取り出しています。
メインモーターは490HzのPWMで50%~95%くらいが出てくるんですが、それってつまりサーボPWMだと思って解釈すると0~100%の信号に見えるようにうまく選ばれています。これによってブラシモーター等のデューティ比PWM信号としてもそれなりに動くし、サーボ信号を要求するESCに食べさせてもちゃんと機能するようになっているわけです。


次に、miniCPフレームを使うことにして、なんとかコントローラを水平マウントできるようにプラ板を切ってステーを作ります。

Geniusフレームやsolomaxxフレームの方が無理なくマウントできそうですけど、まあ手持ちの中古パーツを活用する方向で。。

サーボはwalkera純正でかまわないんですが、手元にHK5320サーボがいっぱい余ってるのでこれを使いました。機能の記事でV120のテールに使ったHK5330とは別物です。このサーボは激安だしminiCPに少しかさ上げすれば簡単に装着できるんですが、回転方向が逆なので流用するには(逆転させるには内部の配線を4箇所もハンダ付けする必要があって)面倒だし、パワーもwalkeraサーボに劣るのでこんな時しか使い道がありません。

multiWiiはもちろん汎用のコントローラなので、サーボ方向の逆転設定がありますから回転方向に関しては何の問題もありません。あ、例によって信号線とGNDがwalkeraと逆なのでコネクタのオレンジと茶色は入れ替え必要ですよ。


テール指令がサーボ信号で出てくるので、いちどブラシレスESCを通す必要があることもあり、たいしたパワーも出さないのにダブルブラシレスになりました。メインモーターはパワー不足で最近余っていたHP03Sです。ESCは高価なOrigin10Aを2つ、基板ステーの下側に貼り付けてあります。1Sと2S両対応ってところがテスト機に向いてるんですよね。


とりあえず現状でのフライト映像


サイクリック方向はP=1.5~2、I=0.030~0.050あたりでまあまあの感触を得ています。最低限のホバ安定度は出ていますし、機体を傾けるとその状態を維持したまま横に走ります。

が、動画の後半でもわかりますが、ピッチポンプした時にテールがぎゅんぎゅん負けて使い物になりません。

これはyaw方向のゲインがP=2.0と非常に小さい値になっているせいです。これを5とか6まで上げるとテールを保持するようにはなるのですが、今度はワグワグ左右に尻尾を振って見苦しいことこの上ありません。



このサイクリックとヨーの違いは、補正無しのセンター位置でヘリが準安定になっているかどうかに起因していると思われます。

テールサーボ機の場合だと、テールの調整はまずジャイロの補正が無い状態(サーボがセンター位置で)だいたいホバれるようにメカニカル調整して、そこからPIゲインを入れていくようにするようです。

しかしテールモーター機だと、メカニカルに調整しやすい箇所が無いので(テールモーター選択、ブーム長やローター種別で不連続には変更できますが)ホバるためにはどうしてもジャイロが一定の補正を安定して出し続けるようなPIパラメータにせざるを得ません。

この制限があると、Iゲインが使い物にならず、どうしても弱めのPゲインのみでテールを保持するような設定になってしまうのですが、それだと今度はピッチポンプのような急制動に弱いという問題が出ます。

何か別のパラメータでテール出力のセンターを設定できるようにする必要があります。
また、そうやって求めたテール出力のセンターは、メインモーターの回転速度に応じて変化するので、センター出力の設定自体をメインモーターやピッチによって変化させるというフィードフォワード(予測)補正も必要になるでしょう。

かなり安物の3in1コントローラでも、最低限そのような処理を行っているものと思います。まだまだこれからです。



そういえば、受信機としてOrangeサテライトRXを電池ケースの下に貼り付けているんですが、LEDがいい感じにオレンジ点滅してとても実機ぽくてかっこいいです(笑)

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