Особливості реалізації прошивки INAV на польотному контролері OMNIBUSF4V3 для БПЛА роторного типу
Вантажиться...
Дата
2020
Автори
Мясіщев, О.А.
Myasischev, A.A.
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
В роботі розглядається практична можливість налаштування параметрів PID регулятора для
прошивки INAV (сімейство прошивок Cleanflight) безпілотних літальних апаратів (БПЛА) роторного типу і з
нерухомим крилом під час польоту. Показано, що для цього необхідно використання апаратури радіоуправління з
мінімальною кількістю каналів, рівною восьми. Розроблено безпілотний літальний апарат (БПЛА) на базі
польотного контролера OMNIBUSF4V3 з вбудованим гіроскопом і акселерометром, барометром/висотоміром
BMP280. Розроблено схему підключення 3-осьового компаса HMC5883L по шині I2C і GPS приймача u-blox NEO-6M до
порту контролера UART6. Як прошивки використана INAV ver.2.2.1, що підтримує навігаційні функції.
Спроектований квадрокоптер (БПЛА) здатний виконувати наступні польотні режими: ANGLE – автоматичне
вирівнювання крену і тангажу з контролем кута горизонту, задане значення якого не може перевищуватися, чим
досягається стійкий політ. Тут задіяні гіроскоп і акселерометр для утримання горизонту. NAV ALTHOLD –
утримання висоти. Тут використано барометр, який сприяє утриманню висоти по тиску повітря. NAV POSHOLD
– виконується утримання позиції. Використовує GPS. NAV RTH (Return To Home) – повернення додому, в точку
зльоту. NAV WP – політ по заданій траєкторії, яка апроксимована точками. В цьому випадку в конфігураторі
накладаються на обрану карту місцевості шляхові точки з такими параметрами, як висота, швидкість її
прольоту. Для малих оборотів моторів показана можливість використання режиму AIR MODE для збільшення
ефективності роботи PID регулятора. Показана можливість використання програми STM32 Flash loader
demonstrator як програматора для прошивки польотного контролера OMNIBUSF4V3 будь-якою прошивкою
сімейства Cleanflight. Встановлено, що для налаштування параметрів P, I, D, а також параметрів навігаційного
регулятора можливе використання трипозиційного перемикача на одному з каналів управління і змінного
резистора на іншому каналі. Розглянуто питання настройки стійкості польоту коптера. При різкому збільшенні
дросельної заслінки можливий завал коптера в одну зі сторін і його падіння. Встановлено, що для запобігання
цьому необхідно використання однаково підібраних ESC регуляторів, моторів і правильна настоянка PID
параметрів зокрема по YAW. Встановлено неможливість настройки магнітометра HMC5883L для забезпечення
прямолінійного польоту коптера в режимі Cruise через його похибки. Так, під час установки на північ з кутом 0
градусів і подальшим його розворотом на 180 градусів, програмне забезпечення INAV інтерпретує поворот не на
180, а на 191 градус. Це призводить до відведенню коптера від прямолінійного руху незважаючи на правильну
установку магнітного відхилення.
The paper considers the practical possibility of adjusting the PID controller parameters for INAV firmware (Cleanflight firmware family) of rotary-type unmanned aerial vehicles (UAVs) and with a fixed wing during flight. It is shown that this requires the use of radio control equipment with a minimum number of channels equal to eight. An unmanned aerial vehicle (UAV) has been developed based on the OMNIBUSF4V3 flight controller with a built-in gyroscope and accelerometer, BMP280 barometer / altimeter. The scheme of connecting the 3-axis compass HMC5883L via the I2C bus and the GPS receiver u-blox NEO-6M to the controller port UART6 is developed. The firmware used is INAV ver.2.2.1, which supports navigation functions. The designed quadrocopter (UAV) is capable of performing the following flight modes: ANGLE - automatic roll and pitch alignment with horizon angle control, the set value of which cannot be exceeded, which ensures a stable flight. A gyroscope and an accelerometer are used here to hold the horizon. NAV ALTHOLD - hold height. A barometer is used here, which helps to maintain altitude by air pressure. NAV POSHOLD - a position is being held. Uses GPS. NAV RTH (Return To Home) - return home to the take-off point. NAV WP - flight along a given path, which is approximated by waypoints. In this case, waypoints with such parameters as altitude and its flight speed are superimposed on the selected terrain map in the configurator. For low engine speeds, the possibility of using the AIR MODE to increase the efficiency of the PID controller is shown. The possibility of using the STM32 Flash loader demonstrator program as a programmer for flashing the OMNIBUSF4V3 flight controller with any Cleanflight family firmware is shown. It was found that to configure the parameters P, I, D, as well as the parameters of the navigation controller, it is possible to use a three-position switch on one of the control channels and a variable resistor on the other channel. The issue of tuning the flight stability of the copter is considered. With a sharp increase in the throttle, a crash of the copter in one of the sides and its fall is possible. It was established that in order to prevent this, it is necessary to use identically selected ESC controllers, motors and the correct setting of PID parameters, in particular according to YAW. The impossibility of adjusting the HMC5883L magnetometer to ensure straight-line flight of the copter in Cruise mode due to its error is established. So when installed to the north with an angle of 0 degrees and its subsequent rotation by 180 degrees, the INAV software interprets the rotation not of 180, but of 191 degrees. This leads to the drift away from the rectilinear movement despite the correct installation of magnetic declination.
The paper considers the practical possibility of adjusting the PID controller parameters for INAV firmware (Cleanflight firmware family) of rotary-type unmanned aerial vehicles (UAVs) and with a fixed wing during flight. It is shown that this requires the use of radio control equipment with a minimum number of channels equal to eight. An unmanned aerial vehicle (UAV) has been developed based on the OMNIBUSF4V3 flight controller with a built-in gyroscope and accelerometer, BMP280 barometer / altimeter. The scheme of connecting the 3-axis compass HMC5883L via the I2C bus and the GPS receiver u-blox NEO-6M to the controller port UART6 is developed. The firmware used is INAV ver.2.2.1, which supports navigation functions. The designed quadrocopter (UAV) is capable of performing the following flight modes: ANGLE - automatic roll and pitch alignment with horizon angle control, the set value of which cannot be exceeded, which ensures a stable flight. A gyroscope and an accelerometer are used here to hold the horizon. NAV ALTHOLD - hold height. A barometer is used here, which helps to maintain altitude by air pressure. NAV POSHOLD - a position is being held. Uses GPS. NAV RTH (Return To Home) - return home to the take-off point. NAV WP - flight along a given path, which is approximated by waypoints. In this case, waypoints with such parameters as altitude and its flight speed are superimposed on the selected terrain map in the configurator. For low engine speeds, the possibility of using the AIR MODE to increase the efficiency of the PID controller is shown. The possibility of using the STM32 Flash loader demonstrator program as a programmer for flashing the OMNIBUSF4V3 flight controller with any Cleanflight family firmware is shown. It was found that to configure the parameters P, I, D, as well as the parameters of the navigation controller, it is possible to use a three-position switch on one of the control channels and a variable resistor on the other channel. The issue of tuning the flight stability of the copter is considered. With a sharp increase in the throttle, a crash of the copter in one of the sides and its fall is possible. It was established that in order to prevent this, it is necessary to use identically selected ESC controllers, motors and the correct setting of PID parameters, in particular according to YAW. The impossibility of adjusting the HMC5883L magnetometer to ensure straight-line flight of the copter in Cruise mode due to its error is established. So when installed to the north with an angle of 0 degrees and its subsequent rotation by 180 degrees, the INAV software interprets the rotation not of 180, but of 191 degrees. This leads to the drift away from the rectilinear movement despite the correct installation of magnetic declination.
Опис
Ключові слова
OMNIBUSF4V3, PID-регулятор, INAV, GPS приймач, AIR MODE, NEO6MV2, MPU6000, PID controller, GPS receiver, AIR MODE, STM32F4, HMC5883L
Бібліографічний опис
Мясіщев О. А. Особливості реалізації прошивки INAV на польотному контролері OMNIBUSF4V3 для БПЛА роторного типу / О. А. Мясіщев // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – 2020. – № 2. – С. 126-134.