Quadrocopter (Tutorial 3) Kalibrierung und Flugmodis

Kalibrierung des Copters

1. Beschleunigungssensor (engl. ACC sensor)

Befor man den ersten Flug antreten will, ist es wichtig, den ACC sensor zu kalibrieren. Wir kalibrieren den ACC sensor am besten über die MultiWii Config oder über die MultiiWii GUI. Habt Ihr nämlich nach dem Zusammenbau eine neue Software auf das Board geflasht – was zu 99% der Fall sein dürfte – , so sind die Einstellungen unbrauchbar und in diesem Fall ist eine frische Kalibrierung zwingend erforderlich.

Stellt den Copter also auf den Tisch und versucht ihn so gut wie möglich zu wassern – also mit einer Wasserwage plan zu stellen. Dann mit dem USB-Kabel verbinden und das MultiWii-Tool auf dem Rechner starten. Den COM-Port auswählen und eine Kommunikation herstellen. Jetzt schaut Euch den grafischen Output des ACC sensor an: Die Werte für PITCH und ROLL sollten nahe bei “0” liegen, und nahe bei  256 ODER 512 in der Z-Achse. Eine Abweichung von max. 10 Punkten ist gerade noch in Ordnung. Stimmen die Werte nicht, so ist die Kalibrierung zwingend nötig.

Wie wird der ACC sensor überhaupt verwendet?

Über diesen Sensor versucht der Copter die Ausrichtung des Mainboards (Orientation) auf Eurem Frame bezogen auf die Gravitationsrichtung der Erdoberfläche zu ermitteln. Funktioniert im groben genau so, als würdet Ihr aufrecht stehend mit geschlossenen Augen euer Gleichgewicht halten. Technisch gesehen regulieren der ACC sensor und unser Gleichgewichtsorgang bei Veränderung die Lage durch Impulse. Auf dem Mainboard befindet sich ein kleiner (seeeehr kleiner) Chip mit micro-mechanischen Innenleben, der in der Lage ist, alle drei Achsen der Gravitation gleichzeitig auszuwerten. (PS: Das ist kein Gyro, der, bzw. die Gyros sind noch einmal extra auf dem Board.)

Also, die Lageerkennung bezogen auf unseren Planeten ist Grundlage um eine Ausrichtung zu erkennen. Zwar könnten Multicopter auch alleine mit Gyros fliegen um eine VERÄNDERUNG der Lage zu messen, es würde aber der Bezugspunkt zur AUSGANGSLAGE fehlen. Erst die Kombination dieser beiden technischen Raffinessen fusioniert zu einer sehr stabilen Fluglage.

Außerdem wird der ACC sensor für das sogenante “altitude hold feature” benötigt. In diesem Fall ermittelt der Sensor die Abweichung zur zuletzt gemessenen Position in der vertikalen Richtung. Die Werte der Z-Achsen-Veränderung fließen dann in die Berechnungen des “altitude hold feature” in Kombination mit dem Barometer mit ein. Hier zeigt sich auch, ob das Board einen vernünftigen Prozessor hat, der zügig arbeitet.

Die Kalibirierung nun in der Praxis:

Die Kalibrierung ist ein relativ simpler Prozess. Wichtig ist, dass das Board absolut waagrecht steht und sich während der Kalibrierung nicht bewegt. Klickt dann auf den CALIB_ACC Button und wartet ein paar Sekunden. In der Grafik sollte sich die blaue Linie jetzt ausrichten, also kurz fallen oder steigen und dann wieder in Ruhe-Position kehren. Nach der Kalibrierung sollten nun die oben bereits erwähnten Werte für PITCH / ROLL und Z-Achse ausgewertet werden. (0 / 0 / 256 o. 512)

Bild: Kalibirierung des ACC in der MultiWii Config

2. Magnetfelderkennung bzw. Kompass (engl. MAG)

Während der ACC sensor-Kalibrierung musste während des Prozesses der Copter absolut ruhig stehen. Während der MAG-Calibration ist das komplette Gegenteil der Fall: wir wollen innerhalb des Zeitfensters von 30 Sekunden (MultiWii Gui 2.2 = 1 Minute) jede mögliche Fluglagenveränderung erfassen. Hier passiert auch oft der größte Fehler der Multicopter-Neueinsteiger. Wird der Copter in dieser Zeit nicht richtig bewegt, reagiert das MAG nachher… naja, sagen wir unberechenbar – und das Board schickt euren Copter innerhalb von Sekunden nach dem Abheben durch die Hölle.

Bereit? Dann klickt auf den CALIB_MAG Button. Jetzt wird wieder der Kalibrierungsprozess gestartet und man hat je nach Softwareversion 30 Sekunden bis 1 Minute Zeit. Die LEDs sollten in dieser Zeit hektisch blinken. Um nun eine vernünftige Kalibrierung durchzuführen empfehle ich folgende Schritte:

  1. Dreht den Copter einmal um die Hochachse, also einmal rund um den Kompass mit der Nase von Süden nach Westen oder Osten und so weiter.

  2. Jetzt ein Mal komplett um die Längsachse um 360°

  3. Und als letzte Drehung einmal komplett um die Querachse um alle Richtungsänderungen erfasst zu haben.

  4. Als letzten Punkt gaukelt ihm ein paar Flugbewegungen vor, egal welche, hauptsache der Beschleunigunssensor bekommt zusätzlich was zu tun. Denkt dran, dass der Copter am USB-Kabel hängt, also bitte nicht zu weit werfen… 😉

  5. Beendet Euren Tanz, wenn die LEDs wieder normal blinken oder leuchten, spätestens nach 1 Minute sollte dies der Fall sein.

Theoretisch ist das Mainboard nun voll kalibriert 🙂

Überprüfen der Kalibrierung:

Jetzt wo alle Lageänderungen erfasst sind, sollten alle Anzeigen bei Bewegungen des Copters weich aber exakt reagieren. In der Grafik eurer MultiiWii GUI sollten – einen entsprechend leistungsfähiger PC Vorrausgesetzt – keine Sprünge, panische Wechseln zwischen Werten oder Desorientierung des Kompass zu sehen sein. Sogar wenn man mit Gewalt den Copter schlagartig von WEST auf NORD dreht, sollte der Prozessor über den ACC dem Kompass in den Hintern treten und die Richtung nach weinigen Millisekunden wieder stimmen. ohne sekundenlang Abzudriften.

 

3. Flug-Modis konfigurieren

MultiWii Flight Controller sind mit vielen Flugmodis vertraut. Zum Beispiel Acrobatic, Auto-level, Altitude Hold und Head Free. In den Voreinstellungen ist der Acrobatic mode aktiviert, seit ihr also unerfahrene Flieger, so werdet ihr höchstwahrscheinlich einen anderen Modus zum Start bevorzugen. Aus persönlicher Erfahrung würde ich dies auch dringend empfehlen… ^^

Also startet man am besten mit einem einfachereren Flugmodus, wie dem  Auto-level mode mit aktiviertem Heading Hold. Das Ziel im folgenden Text soll also sein, zwischen den gewünschten Modis über die Funke umzuschalten.

Zuweisung der Schalter an der Ferbedienung:

Die meisten Fernbedienungen haben eine Reihe zusätzlicher Schalter, die zur Programmierung auf Fahrwerk, Klappen, und Flugmodis ausgelegt sind. Wir müssen jetzt also dafür Sorgen, dass die Schalter entsprechend unseren Wünschen passenden Kanälen des Receivers und somit dem Mainboard zugewiesen werden. Im Falle des MultiWii-Mainboardes also AUX1, AUX2 und so weiter. Fernbedienungen nutzen keine Begriffe wie AUX1, sondern bieten einfach die Zuweisung der Schalter an Kanal 5-9 an. Allerdings sind diese Kanalbelegungen in den Default-Einstellungen der meisten Funken nicht zugewiesen, wir haben also die Schalter auf der einen Seite und den Receiver auf der anderen Seite, aber es besteht noch keine Verbindung.

Da jede Funke anders Aufgebaut ist, kann und werde ich hier auf die Schalter-Kanal-Zuweisung nicht eingehen. Hier hilft euch das Handbuch oder Tante Google aber sicher schnell weiter. Falls ihr eine Turnigy Fernbedienung habt, empfehle ich auf jeden Fall erst mal eine vernünftige Software auf das Gerät zu flashen (wie z.B. openTX oder ähnliche; Tutorial folgt), denn sonst ist die Zuweisung der Kanäle relativ nervig und ähnelt in ihrer Komplexität der Raketenwissenschaft…

Flug-Modi Konfiguration

Die “AUX-Mode Matrix” oder auch das Geheimnis der Flug-Modi-Schalter-Kanal-Zuweisung:

Ist mein 3-Wege-Schalter (F.MODE) in Top-Position, zeigt die MultiWii GUI (nach erfolgter Kanalzuweisung in der Fernbedienung)  auf “Kanal AUX1” den Wert LOW (1000us) an. Mit diesem Parameter möchte ich jetzt z.B. den ANGLE mode aktivieren. Entsprechend muss nun in der Flight Mode Matrix unter AUX1 das passende Kästchen – also das Erste (Spalte LOW), bezeichnet in der Reihe ANGLE angehakt werden. Ist mein 3-Wege-Schalter in der mittleren Position, zeigt AUX1 jetzt MID grün (1500us). Nun soll der HORIZON mode aktiviert werden, ergo muss das Kästchen in AUX1 zweite Spalte (MID) in der Reihe HORIZON angehakt werden. Mit meinem 3-Wege-Schalter ganz nach unten geklapt, zeigt AUX1 dann HIGH. Dort möchte ich erst mal keine Aktionen und würde mich damit im Acrobat mode befinden (Zur Erinnerung: keine Unterstützung durch das Board). Entsprechend lösche ich alle Kästchen in der dritten Reihe (HIGH) von AUX1. Soviel zur Theorie, am besten versuche ich Euch die Modis mal grob zu beschreiben, damit ihr euch die Einstellungen für die Matrix selbst zusammenstellen könnt:

  • Acrobatic Mode

  • Acrobatic Mode ist sozusagen das “echte” ESP- und ABS-lose Fliegen. Hier reagiert der Copter stur auf eure Eingaben an der Funke ohne darüber nachzudenken. Als erfahrener Pilot werdet ihr wahrscheinlich oft in diesen Modus switchen. Hier lassen sich dann Problemlos Flips, Rollen, Vollgas-Horizontal-Flüge und vieles mehr realisieren!

  • Auto-Level

  • Auto-Level Mode (ACC oder ANGLE) ist, wenn das Mainboard den Copter in Waage zu dem Schwerkraftfeld des Planeten hält. Man könnte auch waagrecht sagen 🙂 . Gebt ihr in diesem Modus keinen zusätzlichen Input, levelt sich der Copter automatisch, selbst wenn er durch den Seitenwind währendessen versetzt wird. Denkt daran: Das ist nicht “position hold”! Wind oder andere Beinflussungen können den Copter weiterhin versetzen, er behält trotzdem aber stur seine waagrechte Lage bei. Im Gegensatz dazu, seit ihr im acro mode, kippt der Copter ohne Eingriff bei Böen einfach zur Seite weg!
    Update: Ab MultiWii version 2.1 wurde der ACC mode unbenannt in ANGLE mode.

  • Flip Trainer

  • Flip training HORIZON mode ist eine Kombination des ACC/ANGLE mode und dem acrobat mode (kein auto-level). Bewegt ihr die Sticks an der Funke nicht, so levelt der Copter automatisch, aber greift ihr zum Seiten- oder Querruder switcht er sofort in den acrobat mode. Dieser Modus wird deshalb auch flip-trainer genannt. Er erlaubt durch zügigen Einsatz der Ruder einen Flip auszuführen, stabilisiert sich aber nach dem Loslassen der Sticks nach der Rolle auch wieder automatisch. Es funktioniert grandios und ist ein geniales Feature, aber kann natürlich bei Verzögerungen in der Berechnungen des Prozessors zu starkem Höhenverlust führen bis er sich wieder levelt. Also bitte nicht in Nähe des Bodens ausprobieren!

  • Heading Hold

  • Compass Hold (MAG hold): Ist MAG hold aktiviert, Richtet der Copter seine Nase immer in die gleiche Kompass-Richtung. Man kann ihn dann drehen und weiterfliegen, er merkt sich die neue Position der Nase und behält sie wieder brav bei, auch bei Störeinflüssen wie Böen oder schrägem Seitenwind. Der Modus ist vor allem für Anfänger recht praktisch, da man sich keine Gedanken um eine ungewollte oder aufgrund der Entfernung schlecht sichtbare “Nasenveränderung” während des Fliegens machen muss. Nur der eigene Einfluss am Seitenruder bewirkt auch eine definierte Drehung des Copters.

  • Head Free

  • Head free (Care free) mode nutzt intensiv den Kompass (na, schon sauber kalibriert? 😉 in Verbindung mit der letzten bekannten Position beim Start, um die Knüppelbewegungen der Funke aus der Perspektive des Copters in die Perspektive des Piloten umzusetzen. Denn gerade als Anfänger ist es unheimlich schwer, die Orientierung des Copters auf die eigene Perspektive umzusetzen. Für viele ist es am Anfang nicht einfach – und da gehöre ich wohl leider auch zu – sich ständig vorzustellen man säße auf dem Copter. Durch den head free mode wird diese Hürde umgangen! Der Copter ist schlau genug um sich vorzustellen wo du bist und setzt die gewünschte Knüppelbewegung exakt passend in deine Perspektive um. Es gibt keine “Front” mehr am Copter, egal wo er seine Nase hat, er reagiert brav auf die gewünschte Richtung. Ziehe ich nach lnks, geht er nach links, drück ich nach vorne fliegt er nach vorne, usw… Aber Vorsicht, wer sich in diesem Modus umdreht und den Copter an sich vorbeifliegen lässt sollte rasch umdenken. Denn der Copter geht davon aus, dass ihr immer in der gleichen Himmelsrichtung zu ihm steht!

  • GPS Features

  • GPS Position Hold erweitert den auto-level mode um eine vollautomatische Park-Position. Dieser Modus wehrt sich mit aller Kraft gegen eine Lageveränderung aller drei Achsen bezogen auf sein derzeit gültiges GPS-Signal, Barometer, Accelerometer etc. Bei korrekter Kalibrierung und sauberen Aufbau eures Copters sollte er in diesem Moment Wind und Wetter trotzen ohne seine Position zu verlassen 😉 !

  • GPS Return to Home (RTH): Das geilste Feature überhaupt! Bei Aktivierung übernimmt das Mainboard die komplette Kontrolle über den Copter, berechnet einen Kurs, dreht ihn in Flugrichtung, levelt ihn und fliegt zu der durch das beim letzten Starten (Armen) festgelegte Position zurück – also quasi “nach Hause”. Ihr habt die Orientierung während des Copterfliegens verloren? Oder ihn sogar aus den Augen verloren? Schaltet einfach das GPS RTH an und er kommt brav zu euch zurück, landet und schaltet sogar die Motoren aus.

Aber Vorsicht: Solange euer Copter nicht mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet ist, fliegt er “blind” und im Gottvertrauen, dass ihm nichts und niemand im Weg steht. Bäume oder herumstreunende Passanten wurden schon manch einem Copter auf dem Rückweg zum Verhängnis. Auch landet er ohne zusätzlichen Abstandssensor am Unterboden unter Umständen relativ unsanft auf dem Asphalt, da weder GPS noch Barometer wirklich Zentimetergenau arbeiten. Soweit ich mitbekommen habe ist dies trotzdem eine wilkommene FailSafe-Einstellung, denn bequemer kann man es bei Verbindungsabbrüchen nicht haben… 😉

Soweit erst mal ausführlich die Kalibrierung und eine zusammenfassende Beschreibung der Flugmodis. Natürlich sind alle Angaben wie immer ohne Gewähr, ich habe mein Wissen erst seit kurzem Erflogen und vor allem die Trimmung der PID-Werte, die ich hier noch nicht behandelt habe, läßt viele Variationen zu und kann das Flugverhalten stark beeinflussen.

 

2 Kommentare

  1. micha sagt:

    hi,
    ich habe ein MWC Mega v1.0 Boardund will mit Multiwii GUI über einen 3-pos. Stickschalter Hold und RTH schalten.
    Der Schalter gibt mir 1495/1651/1806 aus. Das Multiwi erkennt aber immer nur 2 Positionen. Es ist dann immer Hold oder RTH eingeschalten. Gibt es eine Möglichkeit dass Multiwii 3 Positionen erkennt?
    Verwende eine Jeti DC 16.

    Viele Grüße und vielen Dank
    Micha

    • Andy sagt:

      Ich glaube du musst bei deiner Jeti DC16 in dem Menüpunkt „Servoeinstellungen“ die min/max Ausschläge für diesen Kanal anders einstellen. Der Unterschied zwischen den gesendeten Schalterpositionen muss größer sein. Also z.B. irgendwas zwischen 900 und 1300 für Position 1, dann was zwischen 1350 und 1700 für Position 2 und dann halt was über 1750 für Pos 3.

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