Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. |
Эта статья или раздел нуждается в переработке. |
Полётный контроллер - электронное устройство, управляющее полётом летательного аппарата. Термин применяется к беспилотным летательным аппаратам, в том числе и авиамоделям. Применительно к пилотируемым летательным аппаратам обычно употребляется термин автопилот. Чаще всего термин полётный контроллер относится к управляющим устройствам мультикоптеров.
К функциям полётного контроллера относятся:
Количество функций зависит от наличия на борту мультикоптера соответствующей периферии, в дешевых контроллерах ряд функций может отсутствовать.
Долгие годы системы автоматического пилотирования в авиамоделизме не применялись по причине их громоздкости и сложности реализации на элементной базе, существовавшей до конца XX века. Однако с появлением доступных достаточно быстродействующих микроконтроллеров, прежде всего ATMega и интегральных датчиков ускорения и угловой скорости на основе MEMS появились первые проекты автопилотов на их основе. Благодаря этому стало возможно создание мультикоптеров, поскольку эти аппараты аэродинамически неустойчивы и требуют постоянной стабилизации в полёте. Развитие мультикоптеров в свою очередь стимулировало развитие полётных контроллеров и к началу 2010-х годов сформировалось несколько открытых проектов (OpenPilot, ArduPilot), а также было выпущено несколько линеек коммерческих полётных контроллеров.
Полётный контроллер представляет собой типичное микропроцессорное управляющее устройство. При этом алгоритмы управления реализуются программно.
В качестве микропроцессорной основы полётных контроллеров чаще всего используются популярные 8-битные микроконтроллеры фирмы Atmel семейства ATMega, а с середины 2010-х годов — и более производительные AVR32 и STM32 на основе микропроцессорного ядра ARM7. В состав полётного контроллера обязательно входят датчики ускорений и датчики угловой скорости. Оснащенный таким минимальным набором датчиков полётный контроллер способен обеспечить аэродинамическую устойчивость аппарата в воздухе, но не способен обеспечить его удержание в заданной точке, полёт по заданной траектории, возврат в точку старта и безопасный полёт. Тем не менее, для мультикоптеров-игрушек и гоночных мультикоптеров этого достаточно.
Для мультикоптеров, несущих полезную нагрузки а также для радиоуправляемых самолетов применяют более сложные полётные контроллеры, содержащие большее количество датчиков. Магнитометрический датчик позволяет стабилизировать ориентацию аппарата относительно магнитного меридиана. Барометрический датчик позволяет стабилизировать барометрическую высоту полёта аппарата и его автоматическую посадку в точке старта. Ультразвуковые, лазерные или радиотехнические высотомеры позволяют удерживать высоту с большей точностью, совершать автоматическую посадку в любой точке, облетать препятствия. Приемник GPS/GLONASS позволяет стабилизировать положение аппарата, осуществлять автоматический полёт по маршруту, автоматический возврат в точку старта. С целью повышения безопасности эксплуатации или выполнения специальных операций могут применяться и другие датчики.
Обычно, полётный контроллер получает команды от системы радиоуправления, но может функционировать и полностью автономно: по заранее заданному плану полёта или в режиме слежения за объектом. Причем режим автономного полёта встречается как в персональных «селфи-коптерах» так и в серьезных аппаратах военного назначения.
Большинство полетных контроллеров, особенно для любительских аппаратов, строятся на основе недорогих компонентов, которые приходится использовать на пределе возможностей. Это порождает ряд проблем, которые часто приводят к авариям:
Полётный контроллер MultiWii — один из первых массовых полётных контроллеров. Популярен своей дешевизной и открытостью исходных кодов. Компиляция программы производится с помощью бесплатной среды разработки Arduino IDE. Последние версии Multiwii имеют большинство функций, необходимых для полёта, в том числе полёт по точкам. Проект некоммерческий и поддерживается энтузиастами. Название MultiWii произошло от самых первых контроллеров, использовавших платы от Wii Nunchuck (сейчас они давно уже не используются).
При выборе контроллера следует обратить внимание на тип установленных датчиков, наиболее современными (на 2012-13й год) являются акселерометр MPU6050 и барометр MS5611, платы с этими датчиками имеют наиболее стабильный полёт, по сравнению с предыдущими моделями. По состоянию на 2018 год полётный контроллер уже считается устаревшим, но существуют его осовремененные форки.
Полётный контроллер ArduPilot: один из наиболее функциональных полётных контроллеров с открытым исходным кодом. Как и MultiWii построен на базе платформы Arduino. Имеет все необходимые для полёта функции, включая автоматический полёт по точкам, наложение параметров полёта на видео (OSD), удержание позиции и пр. Контроллеры выпускаются компанией 3D Robotics (платы APM 2.5, 2.6), их цена составляет около 150$. Существуют также китайские клоны (HKPilot 2.5), идентичные по «железу» и совместимые по прошивкам, их цена около 50$.
Плата APM имеет лишь базовую функциональность, остальные модули (GPS, OSD, модем и пр) приобретаются отдельно. По состоянию на 2018 год контроллер считается устаревшим. В новых разработках целесообразно использовать его дальнейшее развитие — PixHawk, который полностью аппаратно совместим с ArduPilot, но построен на основе 32-битного микроконтроллера STM32, за счет чего обладает большей точностью и скоростью вычислений.
Полётный контроллер PixHawk: наиболее функциональный из полётных контроллеров с открытым исходным кодом. Разработан компанией 3D Robotics для замены устаревшего 8-битного ArduPilot. Аппаратно и функционально он с ним полностью совместим, но построен на более современной элементной базе, прежде всего 32-битном микроконтроллере STM32 на основе ядра ARM7. Кроме того, за счет более производительного процессорного ядра, PixHawk имеет ряд новых функций, отсутствовавших в ArduPilot: «черный ящик» (запись полётной информации на SD-карту), адаптивные фильтры, самообучение полёту и т.п.
Rabbit — китайский клон MultiWii, со своей программой для настройки и управления. Имеет закрытый исходный код, более высокую цену чем у MultiWii, при меньшем количестве функций. У пользователей также есть нарекания на некоторые ошибки встроенного ПО и нестабильность работы. В настоящее время покупка нецелесообразна.
Полётные контроллеры DJI выпускаются компанией DJI Innovations, имеют закрытые прошивки и схему. В настоящее время выпускается 3 вида контроллеров:
По отзывам пользователей, контроллеры DJI имеют весьма хорошую стабильность полёта, превосходящую более дешевые модели. Хотя функциональность самих контроллеров довольно-таки ограничена, её можно значительно расширить с помощью внешних модулей (кроме DJI Naza-M Lite). Например, для получения возможности беспроводной настройки нужно приобрести дополнительно модуль Bluetooth (50$), для ведения расширенных полётных логов необходим DJI iOSD MARK ll (255$), для полёта по точкам, передачи телеметрии или управления с планшета iPad (поддержки Android/Windows на данный момент нет) необходим 2.4G Bluetooth Datalink & iPAD Ground Station (300$). Таким образом главным недостатком этих контроллеров является высокая стоимость как самого контроллера так и дополнительных модулей
Полётные контроллеры Zero UAV производства компании Zero UAV Intelligence Technology, имеют закрытые прошивки и схему. Выпускается 2 вида контроллеров:
XAircraft был одним из первых полётных контроллеров, предоставляющих (2-3 года назад) удобную программу для настройки с компьютера и GPS-функции. Однако на качество реализации были нарекания пользователей, и в настоящее время модели этого типа (XAircraft 450 и XAircraft 650) приобретать нецелесообразно.
Недавно вышла новая версия контроллера XAircraft SuperX, в которой прежние недостатки вроде бы учтены, однако владельцев этой системы пока слишком мало для получения достоверных отзывов. Стоимость контроллеров XAircraft SuperX составляет 400—600$ в зависимости от конфигурации.
Контроллеры Fyetech производятся компанией FeiYu Electronic Technology. Одним из первых был контроллер FY-91, на качество реализации ряда функций были нарекания, сейчас его приобретение нецелесообразно. В настоящее время выпускаются контроллеры FY-41AP, FY-DOS и FY-30A. Их отличительной особенностью является возможность использования как на мультикоптере, так и на самолете. Отличительной особенностью FY-41AP является встроенная OSD.
Контроллеры семейства KapteinKuk исторически одни из первых и недорогих контроллеров для квадрокоптеров. Имеют открытый исходный код, минимальный набор датчиков и периферии, за счет чего имеют минимальную цену, составляющую 20-30$. Количество настроек и возможностей также минимально, однако благодаря простоте и дешевизне эти модели имеют своих поклонников и определённую нишу рынка. По большому счету, сейчас приобретение контроллеров этого вида нецелесообразно.
Немецкие контроллеры MicroKopter, исторически были самыми первыми, именно ими был запущен первый квадрокоптер. Имеют весьма высокую цену (от 500 евро) и используются в профессиональной фото и видеосъемке. Настройка достаточно запутанна, поэтому в любительском применении использование MicroKopter нецелесообразно.
Квадрокоптер GAUI-330 и контроллер GU-344 были первой системой, доступной для любителей на рынке. На сегодняшнее время покупка этого контроллера нецелесообразна, он имеет лишь историческую ценность. Компания также выпустила контроллер GU-INS, однако он не получил распространения из-за высокой цены.
Контроллер с открытым исходным кодом, позиционирующий как топовый, для профессионального использования. Имеет хорошие полётные характеристики, однако крайне сложен в настройке, например плата требует температурной калибровки в морозильной камере с охлаждением до −18 и постепенным прогревом. Проект поддерживается небольшой командой разработчиков, и его перспективы пока неясны.
Открытый проект, начатый в 2009-м. Выпущены версии контроллеров CopterControl, CopterControl3D и OpenPilot Revolution. Настройка контроллеров производится через ПО OpenPilot GCS. Возможно применение в мультикоптерах, вертолётах, самолётах и машинках.
Существует некоторое количество контроллеров, разрабатываемых энтузиастами-одиночками или небольшими компаниями .
Контроллер | Стабилизация полёта | Удержание высоты | Удержание позиции | Полёт по точкам | Модем/телеметрия | OSD |
---|---|---|---|---|---|---|
MultiWii | + | + | + | + | + | + |
ArduCopter | + | + | + | + | + | + |
Rabbit | + | + | + | - | - | - |
DJI Naza Lite | + | + | + | - | - | - |
DJI Naza V1/V2 | + | + | + | + | + | + |
DJI Wookong | + | + | + | + | + | + |
Zero UAV X4/X6 | + | + | + | + | + | - |
XAircraft | + | + | + | - | - | - |
XAircraft SuperX | + | + | + | - | - | + |
FY-DOS | + | + | + | - | - | - |
FY-41AP | + | + | + | - | + | + |
KK | + | - | - | - | - | - |
MicroKopter | + | + | + | + | + | + |
GU-344 | + | - | - | - | - | - |
Autoquad | + | + | + | + | + | + |
CopterControl | + | - | - | - | - | - |
Примечание: для ряда контроллеров дополнительные модули (OSD, GPS и пр) докупаются отдельно, и не входят в цену основной платы.
Различные полётные контроллеры могут использовать дополнительную периферию, необходимую для нормальной работы.
Используется для удержания позиции, возврата в точку взлета или автоматического полёта по точкам.
Для дистанционной настройки и просмотра параметров полёта могут использоваться беспроводные каналы связи: модем на 433 или 910МГц, Bluetooth или WiFi-модуль. Дальность их работы соответственно, может составлять от 50 м до 10 км.
Для возможности просмотра изображения с мультикоптера, на него устанавливают мини-камеру и видеопередатчик. Частота передачи обычно составляет 900МГц, 1.2, 2.4 или 5.8ГГц. Более высокие частоты удобны более компактными антеннами, однако более низкочастотные сигналы лучше огибают препятствия. Примерная дальность приема видеосигнала при мощности передатчика 200-400мВт составляет около километра, дальность может быть увеличена либо направленными антеннами, либо установкой более мощного передатчика.
Для передачи используют аналоговые камеры стандартов PAL или NTSC, цифровые каналы пока не используются в виду их дороговизны и большей массы.
OSD (On Screen Display) — подключается между камерой и видеопередатчиком, используется для наложения параметров полёта (скорость, высота, координаты, и пр) на видео.
При установке на мультикоптер фото или видеокамеры, контроллер может управлять моторами подвеса, обеспечивая неподвижность камеры при наклонах коптера. Это обеспечивает более плавную видеосъемку и фотосъемку без наклонов и искажений. Также пользователь может сам управлять положением камеры (повернуть в сторону). При этом подвес продолжит стабилизировать камеру относительно положения, заданного пользователем.
Используются для мониторинга состояния батареи в полёте. Контроллер может либо предупреждать пользователя (световым сигналом, сообщением) либо произвести автоматическую посадку. Важно отметить, что в отличие от самолета или вертолета, без электропитания мультикоптер не может стабилизироваться в полёте и совершить мягкую посадку.
В случае незапланированного падения или посадки коптера, могут использоваться различные средства: GPS-трекер, звуковой индикатор, запись видео с просмотром координат по OSD, и пр.
http://www.multiwii.com/connecting-elements
http://code.google.com/p/multiwii/
http://code.google.com/p/ardupilot-mega/wiki/Mission
http://www.dji-innovations.com/products/
http://www.zerouav.net/product.aspx
https://web.archive.org/web/20130827075114/http://www.feiyu-tech.com/index-en.php
http://code.google.com/p/kk-multicopter/wiki/GettingStarted
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .