多旋翼飛行器：從原理到實踐 課件 第7、8章 組裝和位置控制調(diào)試、操控和維護

組裝和位置控制調(diào)試“工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材多旋翼飛行器:從原理到實踐第七章01多旋翼組裝1.組裝前的注意事項01防止受傷在組裝多旋翼過程中，由于操作不夠規(guī)范或者分心沒有注意到尖銳零件等，很容易造成各種傷害。在組裝完成進行飛行的過程中，也容易因為操作不規(guī)范或者設(shè)備故障等致人受傷或者造成財產(chǎn)損失。因此，務(wù)必在組裝和操作多旋翼的過程中引起重視，集中注意力。另外，最好擁有一個專屬的工作間或者進出受管束的特定區(qū)域來進行操作，防止非專業(yè)人員或者寵物等的干擾。因為組裝多旋翼的一些工具和多旋翼的零件都非常危險，所以在組裝的過程中一定要有專業(yè)人員的指導，或者在詳細閱讀各種工具的使用說明書后再進行操作。特別要注意電烙鐵的使用，因為使用電烙鐵來進行焊接必須要將電烙鐵加熱到400°C，稍有疏忽就可能會造成皮膚燙傷或者導致各種材料起火。因此，在使用電烙鐵之前，一定要把工作臺清理干凈，而電烙鐵在不用的時候要放在防火架上。在加熱時，錫作為焊接原料會呈現(xiàn)液狀。1.組裝前的注意事項01防止受傷液體錫可能會四處濺落，如果進入眼中會十分危險，建議佩戴護目鏡(如圖7.1所示)。此外，錫散發(fā)出的煙有毒性，工作間必須保持通風良好。為防止火災(zāi)，還要時刻小心電池和絕緣不良的電路。聚合鉀電池組的電力非常強勁，建議在不用的時候把電池組從多旋翼機身中取出。無論在工作間內(nèi)還是在外執(zhí)行任務(wù)，還應(yīng)時刻準備好急救箱，以防萬一一個專業(yè)技術(shù)人員的急救箱中常有如下物品:繃帶、止血帶、含有酒精的濕紙巾、碘伏和阿司匹林等。1.組裝前的注意事項02防止燒壞電路首先，一定要弄清楚電極，使用適當?shù)碾妷汉碗娏鲝姸?。一根電線如果連接有問題那么會產(chǎn)生各種后果。最壞的后果之一是導致爆炸，元件報廢。為多旋翼通電之前，應(yīng)該先弄清楚各個元件的工作電壓，檢查各個元件之間的插頭連接是否牢固以及方向是否正確。對于多旋翼的自駕儀而言，工作電壓一般為5V，但是多旋翼電池的輸出電壓一般并不是5V，因此需要將多旋翼電池與分電板進行連接，然后通過分電板輸出5V的電壓給自駕儀。而有些元件的工作電壓可能并不是5V，而是12V或者3.3V等，這時還可以通過電調(diào)的免電池電路(BateryEliminationCircuit，BEC，見第2章電調(diào)的介紹)或外置獨立穩(wěn)壓電路(UltraBatteryEliminationCircuit，UBEC)來進行電壓轉(zhuǎn)換，從而輸出所需要的電壓。還有一些元件需要通過自駕儀供電并且與自駕儀進行通信，這時該元件與自駕儀之間的連線一般有三根線，通過紅色的線接供電源的正極，黑色的線接供電源的負極，而剩下的一根線用于通信。因此，應(yīng)當注意線路的連接方向。1.組裝前的注意事項03防止丟失零件還有一種問題貌似平常，但同樣會妨礙多旋翼的順利組裝，那就是丟失零件。大多數(shù)零件，尤其是電子元件并非標準零件。臨時訂購可能需要幾個星期時間才能到貨。應(yīng)該把零件放置到大小合適的盒子或格架中，如果條件允許的話，還應(yīng)貼上標簽，如圖7.2所示。在訂購多旋翼組裝零件的時候,除了原始組件，一定不要忘記購買一批替換組件，包括電纜線和插頭等。因為多旋翼一次飛行將耗損很多零件，并且在多旋翼墜落時，很多零件散落四處，無法再找回。所以通常情況下，配套替換組件中應(yīng)包括所有必需零件的附屬零件，如與電機配套的螺絲。2.多旋翼組裝流程我們以一款軸距為650mm的四旋翼機型為例，介紹多旋翼組裝流程。組裝過程以方便機械結(jié)構(gòu)安裝和電氣結(jié)構(gòu)連接為基本原則。因此在安裝機械結(jié)構(gòu)的過程中，電氣結(jié)構(gòu)必須穿插著進行連接，這樣才能做到結(jié)構(gòu)一體化，在使用過程中避免不必要的損傷其他機型的安裝順序與該款機型基本一致。如果與該款機型采用的電子元件不同，那么接線位置可能會有差異。整機零件爆炸圖如圖7.3所示。具體組裝零件可以參見附錄A。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝在組裝電機與電機座前，首先需要焊接電機香蕉頭，具體步驟如下。第一步，將電烙鐵進行預(yù)熱。第二步，為了更好地焊接并避免接觸不良，給電機線、香蕉頭的尾部分別上錫(注意，上錫時不要把焊錫絲送到烙鐵頭上)。較好的焊點外表應(yīng)該光滑均勻，沒有明顯的氣孔或缺陷，如圖7.4(a)和圖7.4(b)所示。第三步，將香蕉頭焊接好，如圖7.4(c)所示。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝第四步，為香蕉頭套上熱縮管，打開熱風槍，將加熱口對準熱縮管來回晃動，使熱縮管均勻受熱并套緊(注意，熱風槍溫度較高，使用時需遠離身體，并且使用完畢后一定要將加熱口朝上放置)，如圖7.5所示。第五步，依次將四個電機全部焊接完畢。此時最好再在電烙鐵的烙鐵頭表面上一層錫，防止烙鐵頭氧化變黑。為了保證焊接良好，請在焊接冷卻后嘗試輕輕拉扯，以確定焊接良好。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝接下來進行電機與電機座的組裝。所需零件及工具包括:四套電機座(兩套橘色和兩套黑色)及配套的螺絲螺母、焊好的四個電機、四根水滴管機警和內(nèi)六角扳手等工具具體步驟如下。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝第一步，根據(jù)X型四旋翼電機旋轉(zhuǎn)方向的定義確定電機的安裝位置。橙色電機座為多旋翼的機頭，黑色電機座為多旋翼的機尾，因此，需要將兩個不同轉(zhuǎn)向的電機安裝至兩個橙色的電機座，黑色同理，如圖7.6所示。該款機型電機旋轉(zhuǎn)方向的確認如圖7.7所示。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝第二步，取一個順時針正轉(zhuǎn)電機與黑色電機上座，將電機線一側(cè)與電機上座有凸起的一側(cè)對齊，用螺絲將電機旋緊固定在電機上座。同理，完成其余三個電機上座的安裝,如圖7.8所示。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝第三步，取一根機臂夾在電機上座與電機下座的中間，按照圖7.9所示進行固定，其余三套同理。電機安裝通用注意事項如下。(1)安裝電機前應(yīng)當先確認電機的旋轉(zhuǎn)方向，雖然有些電機對螺旋獎有自緊功能(這個功能將會使安裝在電機上的螺旋槳越轉(zhuǎn)越緊)，但是如果弄錯電機的轉(zhuǎn)向，那么非但沒有自緊功能甚至還有可能導致射槳，即槳從電機軸上飛出。而確認電機轉(zhuǎn)向的方法也很簡單，可以先把槳夾擰進電機軸一點。這時一手拿著槳夾不動，另外一只手轉(zhuǎn)動電機外殼。如果轉(zhuǎn)動電機外殼時槳夾會擰緊的話，那么這個轉(zhuǎn)動方向就是電機旋轉(zhuǎn)方向。應(yīng)確保多旋翼在飛行時電機的轉(zhuǎn)動方向不能使獎夾松動。另外，俯視時安裝在機身左前方和右后方的電機順時針旋轉(zhuǎn)時應(yīng)使槳夾擰緊，安裝在機身右前方和左后方的電機逆時針旋轉(zhuǎn)時應(yīng)使獎夾擰緊，如圖7，10所示。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝(2)對于多旋翼來說，不僅每個軸的電機規(guī)定了確定的旋轉(zhuǎn)方向，而且每個軸安裝的螺旋槳也規(guī)定了旋轉(zhuǎn)方向，有正獎和反槳的區(qū)分。正獎就是俯視時逆時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，而反獎就是俯視時順時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳。在有些螺旋槳上，會直接標注螺旋獎的旋轉(zhuǎn)方向，這樣就很容易區(qū)分。但是在有些螺旋槳上，沒有標注螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向，這就需要通過仔細觀察來區(qū)分正槳和反槳。方法也很簡單，用槳葉迎風面就可以區(qū)分(獎緣呈平滑弧線的是迎風面):螺旋獎橫著放，標注有螺旋獎型號的一面向上放置于左側(cè)，如圖7.11(a)和圖711(b)所示，此時右側(cè)獎葉的迎風面在后面的是正獎，安裝時應(yīng)該逆時針旋轉(zhuǎn):右側(cè)槳葉的迎風面在前面的是反槳，安裝時應(yīng)該順時針旋轉(zhuǎn)。另外，使用獎夾將螺旋槳與電機固定后，一定要加螺絲膠，因為多旋翼在飛行中由于電機的高頻振動，所以很容易引起槳夾松動造成射槳，甚至炸機。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝(3)用螺絲將電機與機臂固定時，注意使用合規(guī)的螺絲。一般電機包裝盒里會有兩種長度的螺絲。如果電機與機身底座之間不加墊圈，那么應(yīng)當使用較短的螺絲:如果電機與機身底座之間加墊圈，那么應(yīng)當使用較長的螺絲，防止電機內(nèi)的線圈被螺絲損壞。最后使用螺絲膠或者其他螺絲防松裝置來防止電機松動。雖然四旋翼的四個電機電調(diào)及其他用電設(shè)備皆從單一來源——四旋翼動力電池取電，但是電池只引出一條通路。為了更合理地分配走線與整機的一體化，我們需要加入塊分電板，并將一條電源線、四條電調(diào)線和一條圖數(shù)傳機載端電源線焊接至分電板。2.多旋翼組裝流程01電機與電機座的組裝第一步，將電烙鐵預(yù)熱，給電源線和分電板中間的“Batt+-”焊點上錫，然后把電源線焊接至分電板中間的“Batt+-”焊點，如圖7.12所示。第二步，類比電源線的焊接，先為分電板相應(yīng)焊點、電調(diào)線及圖數(shù)傳機載端電源線上錫，再依照分電板焊接原理(如圖7.13所示)，將四條電調(diào)線和一條圖數(shù)傳機載端電源線焊接至分電板。3.機架的組裝所需零件及工具包括:機身上下底板、焊接好的四合一電調(diào)、組裝好的四個機臂和電機、兩條電池綁帶、四套機臂機身連接件(兩套橘色和兩套黑色)、GNSS支架若干螺絲螺母、內(nèi)六角扳手以及鉗子等工具。具體組裝步驟如下。第一步，取機身上底板、機身下底板、一套橘色連接件和一套黑色連接件，按照如圖7.14所示的方向放置。確定上下底板的正反放置正確，比對定位孔的位置區(qū)分上下底板，根據(jù)板上的尖角確定多旋翼的機頭方向。第二步，將一套黑色連接件與上下底板孔對齊，將長釘從上而下貫通，下方用螺母鎖住。但注意不要鎖緊，為了方便待會裝入機臂。依次將四套連接件安裝好，同時檢查連接件應(yīng)呈內(nèi)傾狀，如圖7.15所示。如果有誤，那么請檢查上述步驟是否正確，以及連接件的正反。3.機架的組裝第三步，將兩條電池綁帶固定好，并調(diào)整位置以便掛載電池。再將分電板整齊地擺放在下底板的中間，并將XT60電源接頭放置在多旋翼的機尾方向，如圖7.16所示。第四步，為了表面走線整潔，需將電調(diào)放置在機臂的內(nèi)部。因此，將四個電調(diào)穿過上下底板的連接件，把電調(diào)的信號線留在內(nèi)部以連接自駕儀，如圖7.17所示。3.機架的組裝第五步，依次將四個電調(diào)穿過機臂內(nèi)部，然后將機臂鎖入上下底板的連接件內(nèi)，如圖7.18所示。注意將電調(diào)放入機臂后，應(yīng)先檢查機臂頂端與連接件最內(nèi)側(cè)是否對齊，再用螺絲將其鎖緊。同時還要注意電機的旋轉(zhuǎn)方向。由于該款機型配置的槳葉是自動槳葉，電機裝錯只能拆掉重裝，因此此步需要反復(fù)檢查核對。3.機架的組裝第六步，將四組電機線與電調(diào)線鎖緊。如果在后面的電機測試中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向有誤，那么將任意兩根電調(diào)線對調(diào)即可，如圖7.19所示。第七步，將GNSS支架按照如圖7.20所示的方式安裝好。由于GNSS內(nèi)帶羅盤，因此，需要通過GNSS支架將GNSS升高，以減少自駕儀等設(shè)備對羅盤的干擾。4.自駕儀的安裝將自駕儀載板上有天線的一側(cè)與機頭對齊，使用兩塊3M膠，將自駕儀和載板粘到上底板的中心位置。這里推薦將自駕儀安裝在四個電機連線的交點，即機體系的原點如圖7.21所示。4.自駕儀的安裝如果電機連線的交點位置安裝了其他的設(shè)備，那么需要將自駕儀安裝在其他位置也可以在“配置調(diào)試一全部參數(shù)表”中修改自駕儀內(nèi)部三個IMU(慣性測量單元)參數(shù)，以補償位置的偏離。具體的修改方式如下。以圖7.22為例，自駕儀被安裝在多旋翼框架的左前方。根據(jù)第3章對多旋翼機體坐標系X、Y、Z軸的說明，我們對參數(shù)做出如下的修改(需要先為自駕儀安裝固件)。4.自駕儀的安裝第一步，進入MissionPlanner，用USB線連接自駕儀，選擇正確的端口(COM)和波特率(USB:115200)并進行連接；第二步，連接好后，在“CONFIG”(配置/調(diào)試)界面選擇“FullParameterList”(全部參數(shù)表);第三步，在界面右側(cè)搜索關(guān)鍵字“INS”;第四步，如圖7.23所示，將三個IMU的“INSPOSX”參數(shù)修改為0.1，將三個IMU的“INSPOSY”參數(shù)修改為-0.15。5.GNSS的安裝用3M膠將GNSS固定在GNSS支架上，并將GNSS的正方向與多旋翼的機頭方向?qū)R，然后將GNSS的線接入自駕儀載板的“CAN1”端口，如圖7.24所示。如果因結(jié)構(gòu)限制，不能將GNSS安裝在機體系的原點，那么也可以參照自駕儀安裝的方式，修改與GNSS相關(guān)的參數(shù)，以實現(xiàn)對位置偏移的補償。6.數(shù)傳電臺的安裝使用扎帶將數(shù)傳電臺機載端固定在機架的任意位置，但不能影響螺旋槳旋轉(zhuǎn)，并將數(shù)傳電臺機載端接入自駕儀載板的“TELEM1”端口，如圖7.25所示。將數(shù)傳電臺地面端接入計算機的任意USB口后，可通過“我的電腦一右鍵一設(shè)備管理器一端口(COM和LPT)”查找到該設(shè)備，如圖7.26所示。如果該設(shè)備為問號或Windows不能自動識別，那么需要安裝設(shè)備驅(qū)動，可在/drivers/下載,如圖7.27所示。7.電調(diào)與自駕儀的連線從放置在機臂的電調(diào)中找到對應(yīng)電機電調(diào)的信號線，按照如圖7.28所示的電機旋轉(zhuǎn)方向定義，將電調(diào)與自駕儀進行連接。其中，右前方為1號電機，把該電機電調(diào)的信號線接入自駕儀載板的“MAINOUT1”端口;左后方為2號電機，把該電機電調(diào)的信號線接入自駕儀載板的“MAINOUT2”端口;左前方為3號電機，把該電機電調(diào)的信號線接入自駕儀載板的“MAINOUT3”端口;右后方為4號電機，把該電機電調(diào)的信號線接入自駕儀載板的“MAINOUT4”端口。注意，接線時需根據(jù)自駕儀載板的“MAINOUT”端口旁邊的線序提示接線，端口上方接入負極線，端口下方接入信號線。8.電源模塊的安裝將多旋翼分電板上引出的電源線與電源模塊相連接，而電源模塊的另一側(cè)先不要與電池相連接。電源模塊上的“POWERCABLE”信號線接入自駕儀載板上的“POWER1”接口，然后把BB響與電池相連接，用于電壓顯示和低電壓報警，并將安全電壓設(shè)置在3.6V(短按電壓調(diào)節(jié)按即可調(diào)節(jié)安全電壓)，如圖7.29所示。9.圖數(shù)傳機載端的安裝安裝步驟如圖7.30所示，具體安裝步驟如下。第一步，將圖數(shù)傳機載端的底部用3M膠固定至機身上底板，然后，將與分電板焊接好的圖數(shù)傳機載端電源線接至圖數(shù)傳機載端的“Power”端口。如果使用其他的電路接法，那么該端口的輸入電壓要保持在7~12V。第二步，將圖數(shù)傳機載端的“UART”端口，通過連接線接至自駕儀載板的“TELEM2”端口，用于圖數(shù)傳機載端和自駕儀之間的數(shù)據(jù)通信。9.圖數(shù)傳機載端的安裝第三步，根據(jù)如圖7.31所示定義的“S.bus”端口的線序，將“S.bus1”分數(shù)據(jù)線接至自駕儀載板的“RCIN”端口，如有需要可將“S.bus2”分數(shù)據(jù)線與云臺進行連接。第四步，將圖數(shù)傳機載端天線用3M膠粘接至多旋翼，如圖7.32所示，另一端穿過機臂連接至圖數(shù)傳機載端的“ANT1”和“ANT2”端口。10.光流模塊的安裝光流模塊內(nèi)部集成了激光雷達、光流相機和IMU，其中激光雷達主要用于輔助定高。由于光流模塊內(nèi)含IMU，因此，需要與多旋翼的機體方向?qū)R。如圖7.33所示，將光流模塊用3M膠粘貼至多旋翼下底板，并檢查光流模塊的方向與多旋翼的機頭方向是否對齊。最后，將光流模塊接至自駕儀載板的“CAN2”端口。11.激光雷達的安裝首先，我們需要核對使用的激光雷達與自駕儀載板“GPS2”端口連接的線序。激光雷達一側(cè)為4Pin接口，如圖7.34所示，自駕儀一側(cè)使用6Pin接口，如圖7.35所示。因為接錯線可能導致雷達燒毀，所以請認真檢查。若沒有正確線序的連接線，需要依照如圖7.36所示的步驟修改線序，進行接線。由于我們希望多旋翼有前向避障的功能，因此將激光雷達無接口一側(cè)使用3M膠粘接至機身上底板并將激光雷達向前放置，與多旋翼機頭方向相同。因為該激光雷達使用“UART”端口，所以將激光雷達的線接入自駕儀載板的“GPS2”端口，如圖7.37所示。12.蜂鳴器的安裝為了更好地監(jiān)測自駕儀的狀態(tài)，我們可以使用蜂鳴器作為聽覺提示。當然，也可以不安裝蜂鳴器。將蜂鳴器的連接線接入自駕儀載板的“USB”端口，蜂鳴器粘接至機身下底板，如圖7.38所示。注意，不要讓USB線影響多旋翼螺旋槳旋轉(zhuǎn)，剩下的一個端口可連接計算機供多旋翼調(diào)試使用。02多旋翼調(diào)試1.多旋翼調(diào)試總體步驟多旋翼的調(diào)試應(yīng)當按照本書的整體結(jié)構(gòu)依次完成，如圖7.39所示。由于實機飛行存在著很多的危險，因此這里再次強調(diào)在進行位置控制器調(diào)試之前應(yīng)當在做完第4章、第5章和第6章的調(diào)試實驗后才能進行。1.多旋翼調(diào)試總體步驟01電源電路檢查:多旋翼上的電源器件通過并聯(lián)的方式連接到電池，在上電之前,必須檢查電源線正負極是否接對，如果短路了可能會出現(xiàn)器件燒毀。因為多旋翼是通過電機和螺旋槳提供動力飛行的，所以電機電源需要具備更高的可靠性，必須要檢查接線接頭是否接觸可靠和焊點是否虛焊。02電機轉(zhuǎn)向檢查:可以通過小幅度地推油門桿來確定每個電機的轉(zhuǎn)向是否正確,如果電機轉(zhuǎn)向錯誤可通過對調(diào)相應(yīng)電機與電調(diào)上任意兩根線來解決;也可以參考第4章的電調(diào)校準課堂實踐部分使用MissionPlanner輔助檢查電機轉(zhuǎn)向。1.多旋翼調(diào)試總體步驟03自駕儀檢查:檢查自駕儀固件版本是否為實飛版本，并檢查常用安全保護參數(shù)是否設(shè)置正確，如安全開關(guān)設(shè)置、地理圍欄設(shè)置及故障保護設(shè)置等。注意，部分參數(shù)修改后自駕儀需要重新上電后才能生效。常用安全保護參數(shù)及功用如表7.1所示。04飛行動作檢查:可以在低油門下推搖桿來確定電機的轉(zhuǎn)速是否改變以及改變的邏輯是否符合期望。1.多旋翼調(diào)試總體步驟05自穩(wěn)檢查:在多旋翼上安裝螺旋槳，放置在如圖6.39所示的調(diào)試架上。將多旋翼解鎖并給出低油門，螺旋槳將低速旋轉(zhuǎn)，然后，開始用竹竿等工具擾動多旋翼來觀察多旋翼姿態(tài)的調(diào)節(jié)能力。因為多旋翼本身會保持機身平穩(wěn)，所以哪個電機位置低了，對應(yīng)軸的電機轉(zhuǎn)速就會加快;哪個電機位置高了，對應(yīng)軸的電機轉(zhuǎn)速則會減慢。在晃動機身時多旋翼將不斷做出變速的反應(yīng)，表示正常運行。2.位置控制器調(diào)試01調(diào)試環(huán)境因為位置控制器的調(diào)試需要進行實機飛行，所以需要選擇一塊空曠無人的室外場地進行調(diào)試，最好是在一片平整空曠的草坪上，這樣即使多旋翼炸機也能減少損傷。另外，由于位置控制器的調(diào)試需要使用GNSS，因此除了第6章介紹的在調(diào)試架上進行的姿態(tài)調(diào)試前例行的安全檢查，還需要檢查GNSS信號是否正常。請注意，因為目前MissionPlanner界面中仍然保留了“GPS”的說法，所以這里使用了“GPS”術(shù)語。實際上，ArduPilot不是僅支持GPS。具體來說，就是確認GPS是否定位(如圖7.40左上角虛線框所示)，以及確認GPS的HDOP(水平精度因子)是否小于2.0(如圖7.40左下角虛線框所示)。只有符合上述條件才能進行位置控制器調(diào)試。2.位置控制器調(diào)試02調(diào)試步驟首先需要完成第6章的姿態(tài)控制器調(diào)試，并詳細進行起飛前的安全檢查，確認沒有問題之后，然后才能執(zhí)行以下步驟。第一步，打開遙控器。第二步，將電池插入飛行器并將飛行器保持水平放置，自駕儀自動執(zhí)行自檢過程。第三步，通過網(wǎng)絡(luò)將自駕儀連接到計算機端的MissionPlanner。第四步，確認自檢無錯誤后，將飛行器的模式設(shè)置為“自穩(wěn)”(Stabilize)模式，然后解鎖遙控器。第五步，推高油門起飛，根據(jù)飛行器的姿態(tài)控制方向(注意，推桿時應(yīng)當緩慢地推桿，否則桿量太大飛行器飛得太快可能會導致控制者驚慌來不及反應(yīng))。第六步，控制飛行器懸停在一定高度(大約離地面5m)，然后切換飛行模式至“定高”(AltHold)模式，觀察飛行器是否能夠保持在一個恒定的高度:如果不能，那么需要進行相應(yīng)的PID參數(shù)調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)步驟見下面的“定高模式下的PID參數(shù)調(diào)節(jié)”。2.位置控制器調(diào)試02調(diào)試步驟第七步，當飛行器能夠保持在一定高度時，切換飛行模式至“定點”(Loiter)模式觀察飛行器能夠保持在一個確定的點。如果存在水平偏移或者垂直偏移，那么需要進行相應(yīng)的PID參數(shù)調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)步驟見下面的“定點模式下的PID參數(shù)調(diào)節(jié)”。1.定高模式下的PID參數(shù)調(diào)節(jié)在定高模式下，與高度保持相關(guān)的PID參數(shù)在圖7.41中以虛線框的形式突出顯示。2.位置控制器調(diào)試02調(diào)試步驟的P增益用于將高度誤差(即期望高度與實際高度之間的偏差)轉(zhuǎn)換為所需的爬升率或下降率。如果將P增益調(diào)大，那么飛行器對于高度誤差將更加敏感，能夠更快速地消除高度誤差，更積極地保持高度恒定。但如果設(shè)置得太高可能會適得其反，導致飛行器嚴重的垂直振蕩。01“AltitudeHold”(高度保持)2.位置控制器調(diào)試02調(diào)試步驟的P增益用于將所需的爬升率或下降率轉(zhuǎn)換成所需的加速度，這一項參數(shù)通常不需要調(diào)節(jié)。02“ThrottleRate”(油門速率)的PID增益用于將加速度誤差(即期望加速度與實際加速度之間的偏差)轉(zhuǎn)換為電機輸出。在修改這些參數(shù)時請注意應(yīng)當保持I增益的數(shù)值是P增益數(shù)值的兩倍，這幾項參數(shù)最好不要更改。對于大功率的飛行器，最好將P增益和I增益的數(shù)值減小到原來的一半以獲得更好的響應(yīng)。03“ThrottleAccel”(油門加速度)2.位置控制器調(diào)試02調(diào)試步驟2.定點模式下的PIID參數(shù)調(diào)節(jié)一般來說，如果在第6章的實驗中俯仰通道和滾轉(zhuǎn)通道的PID參數(shù)被正確地調(diào)節(jié)并且GNSS和磁力計被正確地校準并且正常地運行，那么輕微的水平振蕩也是可以接受的。這時，定點模式下的PID參數(shù)就不需要過多地調(diào)節(jié)。在定點模式下，與位置保持相關(guān)的PID參數(shù)在圖7.43中以虛線框的形式突出顯示。在調(diào)節(jié)前需要注意，這些參數(shù)只是用來保持水平位置。因為在之前的定高模式PID參數(shù)調(diào)節(jié)中，已經(jīng)包含高度保持相關(guān)的參數(shù)了，所以這里沒有標出。2.位置控制器調(diào)試02調(diào)試步驟的P增益用于將水平位置誤差(即期望的水平位置與實際的水平位置之間的偏差)轉(zhuǎn)換為所需的水平速度。當P增益太小時，飛行器將不能有效地消除水平位置誤差，表現(xiàn)為亂飛。如果將P增益調(diào)大，那么飛行器對于水平位置誤差將更加敏感，能夠更加快速地消除水平位置誤差，更積極地保持位置不變但如果設(shè)置得太高飛行器可能會突然地發(fā)生水平方向的偏移，適得其反。01“PositionXY”(懸停位置PID)2.位置控制器調(diào)試02調(diào)試步驟的PID增益用于將所需的水平速度轉(zhuǎn)換為加速度，通常只需要調(diào)整P增益就可以了。在定點模式下，如果飛行器常反應(yīng)過快就減小P增益，相反，如果飛行器反應(yīng)比較慢就可以適當增大P增益。02“VelocityXY”(懸停速度PID)是指飛行器最大的水平飛行速度，如圖7.43中所示的1250.000表示12.5m/s。03“Loiter”(留待速度)2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析飛行完成后，可以通過從閃存卡下載飛行數(shù)據(jù)日志，來驗證各個飛行模式下的性能,具體操作如下。第一步，通過microUSB線將飛行器連接到地面站。第二步,打開MissionPlanner的“飛行數(shù)據(jù)”(DATA)界面在屏幕的左下角選擇“數(shù)據(jù)閃存日志”(DataFlashLogs)選項然后按下“通過Mavlink下載閃存日志”(DownloadDataFlashLogViaMavlink)按鈕，如圖7.44所示。2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析第三步，在彈出的日志界面中選擇想要下載的日志，如圖7.45所示，將該日志保存在本地的MissionPlanner/logs倉庫中，并以機架類型命名文件夾，如“QUADCOPTER”2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析第四步，通過“數(shù)據(jù)閃存日志”(DataFlashLogs)選項下的“回顧日志(ReviewaLog)”按鈕選擇需要分析的日志文件夾中的.bin后綴文件，會彈出日志瀏覽器窗口，從窗口右側(cè)可以選擇需要的數(shù)據(jù)值進行分析，如圖7.46所示。2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析振動數(shù)據(jù)分析是指分析多旋翼的振動情況，相關(guān)的日志參數(shù)如表7.2所示。通過在日志瀏覽器右側(cè)選擇相應(yīng)的參數(shù)，可以分析多旋翼的振動數(shù)據(jù)及振動加速度數(shù)據(jù)。2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析在表7.2的參數(shù)中“VibeX”“Vibey”和“Vibez”的值一般在60m/s2以下;“Clip0”“Clip1”和“Clip2”的值表示加速度計觸碰最大值16G的次數(shù)，在整個飛行范圍內(nèi)應(yīng)該越接近0越好;“AccX”和“AccY”的值可接受的范圍在-3至+3之間“AccZ”的值可接受的范圍在-15到-5之間，如圖7.47和圖7.48所示。2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析控制輸入分析是指分析多旋翼的控制輸入情況，相關(guān)的日志參數(shù)如表73所示。通過在日志瀏覽器右側(cè)選擇相應(yīng)的參數(shù)，可以分析多旋翼的控制輸入是否和預(yù)期一樣。2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析跟蹤數(shù)據(jù)分析是指分析多旋翼的實際狀態(tài)跟蹤期望狀態(tài)的情況，相關(guān)的日志參數(shù)如表7.4所示，主要包含多旋翼的位置狀態(tài)、速度狀態(tài)和角度狀態(tài)等。通過在日志瀏覽器右側(cè)選擇相應(yīng)的參數(shù)，可以分析多旋翼的實際狀態(tài)是否和預(yù)期一樣。2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析我們以滾轉(zhuǎn)姿態(tài)角跟蹤為例分析多旋翼的實際滾轉(zhuǎn)角(“Rol1”跟蹤期望滾轉(zhuǎn)角(“DesRoll”)的情況，如圖7.49所示。從圖7.49中可以看出，實際滾轉(zhuǎn)角(“Rol1”)較快速且準確地跟蹤了期望滾轉(zhuǎn)角(“DesRoll”)。2.位置控制器調(diào)試03飛行日志分析濾波參數(shù)分析主要用于確定解算的姿態(tài)信息是否無誤。高度解算出的問題會反映在濾波參數(shù)上，磁場異常情況也會在濾波參數(shù)上體現(xiàn)出來，相關(guān)的日志參數(shù)意義如表7.5所示。當表7.5中的參數(shù)出現(xiàn)突變時，表明解算的姿態(tài)信息出現(xiàn)了異常。謝謝觀看“電氣工程、自動化專業(yè)系列教材信號分析與處理操控和維護“工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材多旋翼飛行器:從原理到實踐第八章01法律法規(guī)1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件01法律1.《中華人民共和國民用航空法》我國目前還沒有針對民用無人駕駛飛行器的專門法律，相關(guān)領(lǐng)域的立法工作比較滯后。1995年全國人大常委會通過的《中華人民共和國民用航空法》是民用航空領(lǐng)域的基本法律。雖然該法律先后經(jīng)過四次修改，但是都沒有直接和民用無人駕駛飛行器相關(guān)的規(guī)定。為了適應(yīng)近年來民用無人駕駛飛行器的快速發(fā)展，2018年12月28日，經(jīng)全國人大常委會表決，在《中華人民共和國民用航空法》第五次修正新增第二百一十四條“國務(wù)院、中央軍事委員會對無人駕駛航空器的管理另有規(guī)定的，從其規(guī)定?！痹摋l款針對民用無人駕駛飛行器的監(jiān)管對國務(wù)院和中央軍委進行了明確授權(quán)。1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件01法律2.治安管理處罰法、刑法和侵權(quán)責任法由于民用無人駕駛飛行器在違規(guī)飛行時經(jīng)常會出現(xiàn)然亂公共秩序、危害公共安全造成公共場所人員受傷、死亡，以及侵犯他人隱私或者損壞他人財產(chǎn)等違法行為。因此，治安管理法、刑法和侵權(quán)責任法中的部分規(guī)定也為民用無人駕駛飛行器相關(guān)管理提供了依據(jù)。上述法律是我國民航領(lǐng)域以及管理由無人駕駛飛行器產(chǎn)生的違法行為的基礎(chǔ)法律。很多法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件都依據(jù)這些基本法律來制定，它們共同構(gòu)成了當前我國民用無人駕駛飛行器治理的法律體系。1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件02法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件基于民用航空的一些基本法律，目前我國出臺了一些無人駕駛飛行器相關(guān)的法規(guī)規(guī)章和規(guī)范性文件，這些文件專門針對無人駕駛飛行器領(lǐng)域做出了較為詳細的各項規(guī)定。截至2021年10月，我國現(xiàn)行的主要的無人駕駛飛行器相關(guān)的法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件如表8.1所示。1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件02法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件表8.1中的各項法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件，針對民用無人駕駛飛行器的各個方面做出了相關(guān)規(guī)定，包括管理部門、民用無人駕駛飛行器等級分類、飛行計劃申報、空域申請、駕駛員資質(zhì)以及駕駛執(zhí)照考核方法等內(nèi)容。在《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例(征求意見稿)》中，按照飛行器重量和飛行速度對無人駕駛飛行器進行了分級，其分類等級標準如表8.2所示，本書主要涉及重量較小的微型和小型無人駕駛飛行器。1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件02法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件除此之外，上述各項法律、法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件還規(guī)定了民用無人駕駛飛行器的管理部門、空域管理制度、飛行計劃申請流程、駕駛員資格要求以及駕駛執(zhí)照考試方法等內(nèi)容，在下一小節(jié)將對其中的空域申請做一下詳細介紹。截至目前，我國民用無人駕駛飛行器相關(guān)的法律法規(guī)和規(guī)章相關(guān)的立法工作不斷加快，2021年10月，交通運輸部印發(fā)了《交通運輸“十四五”立法規(guī)劃》，在該規(guī)劃中明確了在十四五期間推動《中華人民共和國民用航空法(修訂)》和《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》的頒布實施，規(guī)范無人駕駛航空器飛行的相關(guān)活動，促進行業(yè)健康發(fā)展，切實維護國家安全、公共安全和飛行安全。無人駕駛飛行器系統(tǒng)具有較高的技術(shù)含量，且具有良好的發(fā)展前景，得到了國家層面的廣泛支持，更多的和最新的無人駕駛飛行器法律法規(guī)請關(guān)注中國民航局以及地方政府部門的相關(guān)網(wǎng)站。2.空域申請在了解了上述法律法規(guī)后，便可以進行下一步的飛行準備，即空域申請。在本節(jié)將對空域申請和飛行計劃申請方面的規(guī)定進行介紹。準備飛行之前，首先要仔細閱讀當?shù)剀娒窈焦苤撇块T對于民用無人駕駛飛行器飛行的要求。按照現(xiàn)行《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例《征求意見稿)》規(guī)定，如果飛行器起飛重量超過了250g，那么還需要在公安部門進行實名制報備登記。在每次飛行之前，首先要進行飛行空域和飛行計劃的申請，得到批準之后在確保安全的情況下才能夠放飛飛行器。空域是一個國家在其領(lǐng)空劃分出來，用于特定飛行需求的空間。為了更好地進行空域管理，我國在民航領(lǐng)域設(shè)置了中國民用航空局空中交通管理局及其管理的七個地區(qū)空管局，分別是中南空管局、華東空管局、華北空管局、西北空管局、東北空管局、西南空管局以及新疆空管局。在區(qū)內(nèi)飛行，向地區(qū)空管局申請，地區(qū)空管局向空軍備案后批復(fù)各相關(guān)單位保障飛行?？鐓^(qū)飛行，向民航總局空管局總調(diào)度室申請，向空軍備案后批復(fù)各相關(guān)單位保障飛行。在申請時間和費用方面，國內(nèi)規(guī)定航線上飛行不遲于預(yù)訂起飛前六小時申請，申請是免費的，但是航線飛行要交納航線費。2.空域申請在進行飛行之前，首先要向地區(qū)空管部門提交飛行計劃。目前我國的空域申請不對個人開放，僅對政府部門、事業(yè)單位和企業(yè)開放。我國的所有空域均由空軍管轄，空域和飛行計劃申請也由空軍審批，同時為了方便民用航空，空軍將機場附近空域以及航線劃歸民航負責。因此，在申請飛行計劃時就涉及到兩類。值得注意的是，在機場附近飛行時需要向各地民航局申請，但是機場附近進行飛行通常十分危險，因此嚴禁未經(jīng)批準在機場附近進行飛行。執(zhí)行緊急救護、搶險救災(zāi)、人工影響天氣或者其他緊急任務(wù)的,可以提出臨時飛行計劃申請。臨時飛行計劃申請最遲應(yīng)當在擬飛行1小時前提出;飛行管制部門應(yīng)當在擬起飛時刻15分鐘前做出批準或者不予批準的決定，并通知申請人。按照現(xiàn)行《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例(征求意見稿)》規(guī)定，微型無人駕駛飛行器在真空高度50米以下，同時不在當?shù)貏澰O(shè)的微型無人駕駛飛行器禁止飛行空域以內(nèi)飛行時可以不用進行飛行計劃審批和空域申請。輕型無人駕駛飛行器在真空高度120米以下，同時不在當?shù)貏澰O(shè)的輕型無人駕駛飛行器禁止飛行空域以內(nèi)飛行時可以不用進行飛行計劃審批和空域申請，但需向綜合監(jiān)管平臺實時報送動態(tài)信息。植保機在相應(yīng)適飛空域飛行，也無須申請飛行計劃，同樣也需向綜合監(jiān)管平臺實時報送動態(tài)信息除此之外，其他情況均需要向有關(guān)部門報批飛行計劃和申請空域?？沼蛏暾埩鞒倘缦隆?.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件01準備空域申請材料(1)飛行計劃申請書(申請單位的正式函件，內(nèi)容通常包括任務(wù)詳情、執(zhí)飛單位飛行器型號、架次、飛行日期、飛行高度和區(qū)域、任務(wù)性質(zhì)、起降點、責任人及其聯(lián)系方式等);(2)飛行資質(zhì)證明;(3)飛行人員資質(zhì)證書;(4)飛行任務(wù)委托合同;(5)任務(wù)單位情況;(6)空域申請書;(7)飛行執(zhí)行單位情況。1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件01準備空域申請材料根據(jù)任務(wù)性質(zhì)不同，需要申報的上級機關(guān)有所不同。(1)如任務(wù)性質(zhì)涉及外國航空器或外國人使用我國航空器，則需有聯(lián)合參謀部批準文件;(2)如任務(wù)性質(zhì)涉及航空攝影、遙感、物探，則需戰(zhàn)區(qū)以上機關(guān)批準文件;(3)如任務(wù)性質(zhì)涉及體育類飛行器，則需地市級以上體育部門許可證明;(4)如任務(wù)性質(zhì)涉及大型群眾性、空中廣告宣傳，則需當?shù)毓矙C關(guān)部許可證明;(5)如任務(wù)性質(zhì)涉及無人駕駛自由氣球，系留氣球，則需地市級以上氣象部門許可證明。此外，在申請時要注意，申請起降點和空域要單獨進行說明，因為起降點和空域分屬不同管理部門。1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件02申報流程以在青島海洋上空科學實驗的空域申請為例。(1)提前7天以上攜帶所需“準備空域申請材料”中的(1)~(3)向中部戰(zhàn)區(qū)提出申請，辦理審批手續(xù);(2)攜帶相應(yīng)文件材料在民航(青島所在地)監(jiān)管局運輸處、空管處辦理相關(guān)手續(xù);(3)攜帶獲批復(fù)印件以及相應(yīng)的文件材料在民航所在地空管分局管制運行部辦理相關(guān)手續(xù);(4)與民航空管分局鑒定飛行管制保障協(xié)議(或召開飛行協(xié)調(diào)會);(5)實施日前一天的15時之前，向當?shù)乜展懿块T提交飛行計劃;如不在機場管制范圍內(nèi)可在飛行實施前1小時直接向民航(所在地)空管分局管制運行部區(qū)域管制室提出申請。1.法律法規(guī)及其他規(guī)范性文件02申報流程目前，我國各地申請政策在一些細節(jié)上也各不相同，具體申請時還需要關(guān)注當?shù)孛窈讲块T、公安部門和空管部門的規(guī)章制度。近年來出現(xiàn)了一些專門提供空域申請服務(wù)的公司，并取得了迅速的發(fā)展。這些第三方公司通常具有成熟的申請模式和渠道，通過這些第三方公司可以極大地提高空域申請效率和成功率。為方便大家進行空域申報，現(xiàn)給出空域申請的模板，如圖8.1所示:同時，給出一個申請成功的批復(fù)截圖示例，如圖8.2所示。02飛前準備1.飛行環(huán)境評估在實際情況下，飛行場地的天氣、建筑遮擋、面積以及人員情況等都是影響飛行的重要因素。因此，在飛行開始之前必須進行充分的評估，來選擇一個比較空曠、安全的場地，如圖8.3所示。評估時通?？紤]以下四個方面。1.飛行環(huán)境評估01環(huán)境風速不能過大，否則會影響多旋翼的操控，嚴重時會導致墜機。02天氣晴朗，空氣能見度好，避免在陰雨天和重度霧霾污染情況下飛行，以免因能見度過低而導致多旋翼失控。03飛行場地周圍不能有太多的障礙物或者較高的建筑物遮擋，一方面會影響視線，另一方面建筑物會遮擋和反射GNSS信號導致多旋翼無法準確定位。04飛行場地應(yīng)盡量空曠，附近沒有人群以免發(fā)生事故傷亡。2.多旋翼系統(tǒng)硬件檢查在確保飛行場地適合飛行后，需要進行第二項飛行前準備，即對多旋翼系統(tǒng)進行硬件檢查。硬件檢查包含以下五個方面。01多旋翼的機械結(jié)構(gòu)是否牢固，此時需要檢查各個電機、螺旋獎、機架是否有安裝螺絲松動，電池與分電板的連接導線是否松動。02傳感器安裝方向是否正確，GNSS和自駕儀的朝向一般和機頭方向一致，如圖8.4中箭頭所示的方向(在地面站里設(shè)置了特定自駕儀安裝方向的情況下除外)。2.多旋翼系統(tǒng)硬件檢查03多旋翼和遙控器電池電量是否充足。在進行遙控器電量檢查時，直接觀察自己的遙控器顯示屏上的電量標志即可。在進行多旋翼電池電量檢查時，需要使用BB響來進行電壓測量和監(jiān)控。當BB響報警時，說明多旋翼電池電量不足，應(yīng)該及時更換電池。04初次使用時需要進行遙控器校準和電調(diào)行程校驗。05若長時間未使用或者飛行場地變化較大時，還需要進行磁力計和加速度計的校準，以避免不同區(qū)域地球磁場不一致和其他干擾的影響。3.多旋翼地面站監(jiān)控信息檢查完成多旋翼系統(tǒng)硬件系統(tǒng)檢查后，應(yīng)及時排除出現(xiàn)的問題，之后便可進入下一個環(huán)節(jié)，即多旋翼地面站監(jiān)控信息檢查，也可以稱為軟件檢查。在這里主要是檢查以下六個方面。(1)地面站讀取和顯示的多旋翼姿態(tài)信息是否正常，如圖85所示，若多旋翼姿態(tài)有明顯的傾斜，則需要重新校準加速度計和陀螺儀。3.多旋翼地面站監(jiān)控信息檢查(2)地面站顯示的多旋翼高度和速度以及朝向是否正常，如果不正常，那么需要校準距離傳感器、羅盤并檢查GNSS接收機是否正常，如圖8.6所示。3.多旋翼地面站監(jiān)控信息檢查(3)地面站有無報警信息，若有報警信息，則需要根據(jù)提示進行解決，如圖8.7所示為“Errorcompassvariance”和“NoGPS”的報警信息。3.多旋翼地面站監(jiān)控信息檢查(4)地面站顯示的多旋GNSS信號、定位信息以及衛(wèi)星數(shù)量是否正常，需要檢查如圖8.8虛線框區(qū)域所示的數(shù)據(jù)，若不正常，則需檢查GNSS接收器是否出現(xiàn)故障。通常情況下，信號質(zhì)量值“Hdop”應(yīng)小于1，衛(wèi)星數(shù)量值“Sats”應(yīng)該在8以上。4.通信鏈路檢查通信鏈路檢查是飛行前的最后檢查，也是一個十分重要的檢查環(huán)節(jié)。在進行通信鏈路檢查時需要檢測圖傳鏈路、數(shù)傳鏈路和遙控鏈路是否能夠正常通信，需要檢查以下三個方面(詳見第5章)。依次執(zhí)行完上述檢查步驟，即可完成起飛前的全部準備。如果一切正常，同時已經(jīng)掌握了多旋翼的基本操控技術(shù)，那么可以準備起飛操作了。如果沒有實際操作過真實的多旋翼，強烈建議按照接下來的章節(jié)來掌握遙控器和地面站控制多旋翼的基本操作以及常見的故障及其解決方案。01圖傳接收端是否能夠接收到清晰的畫面;02地面站是否能夠通過無線數(shù)傳與自駕儀進行連接:03通過地面站檢查遙控器操作是否有效。03遙控器飛行操控1.模擬遙控飛行訓練01常見的飛行模擬軟件飛行模擬軟件需要安裝到計算機運行，與“加密狗”配合使用，目前使用較為廣泛的飛行模擬器如圖89所示，圖中包括PhoenixRC(鳳凰模擬器)AeroFly、RealFlighG4.0和ReflexXTR等，可以通過光盤或者安裝包的形式將上述飛行模擬軟件安裝到計算機上。1.模擬遙控飛行訓練02飛行模擬器配置在安裝好飛行模擬器之后，需要進行一些初始配置，包括遙控器模型創(chuàng)建和校準以及飛行器模型修改和選擇。下面以鳳凰模擬器為例進行說明首先將遙控器通過“加密狗”連接到計算機，鳳凰模擬器啟動界面如圖8.10(a)所示。1.模擬遙控飛行訓練03飛行模擬訓練在完成了飛行模擬器的遙控器配置以及模型選擇之后，便可以上手進行模擬飛行了，接下來以美國手遙控器為例來進行展示。此時，多旋翼處于可以起飛的狀態(tài)，如圖8.11(a)所示。1.模擬遙控飛行訓練03飛行模擬訓練基本的飛行模擬訓練有起飛訓練、降落訓練、俯仰訓練、航向訓練以及滾轉(zhuǎn)等訓練熟練掌握了上述幾個基礎(chǔ)步驟就可以進行更加復(fù)雜的飛行。1.起飛訓練向上緩慢推動油門搖桿，多旋翼就會緩慢起飛，屏幕上的虛擬遙控器會實時展示遙控器的動作，如圖8.11(b)所示(右下方遙控器指示“向上緩慢推動油門搖桿”)。2.降落訓練在降落時，緩慢地收油門，使得多旋翼能夠緩慢降落，當多旋翼成功降落后，將油門桿撥到最低端，如圖8.11(c)所示(右下角遙控器指示“將油門桿撥到最低端”)在降落時一定要注意不能動作太大，否則會有墜機風險，如圖8.11(d)所示。3.前飛訓練在完成起飛和降落的動作要領(lǐng)之后，可以嘗試其他通道的控制。接下來，緩慢地向上推俯仰通道搖桿，多旋翼就會低頭向前沖，如圖8.12(a)所(右下角遙控器指示“向上推俯仰通道搖桿”。此時應(yīng)當注意，在推俯仰通道搖桿時，多旋翼前向推力增加前向水平速度會增加，但同時高度也會下降(見第1章介紹)，應(yīng)注意避免因高度過低而墜機。1.模擬遙控飛行訓練03飛行模擬訓練4.后飛訓練與推俯仰通道搖桿相反，往下緩慢拉遙控器右側(cè)搖桿，即下拉俯仰通道搖桿，該操作會使得多旋翼產(chǎn)生一個抬頭力矩，機頭上抬，進而改變前后的飛行方向，如圖8.12(b)所示(右下角遙控器指示“下拉俯仰通道搖桿”)。5.左滾轉(zhuǎn)訓練將遙控器右搖桿緩慢向左推，即可實現(xiàn)多旋翼向左的滾轉(zhuǎn)操作，此時多旋翼機身向左側(cè)傾斜，如圖8.12(c所示(右下角遙控器指示“左推滾轉(zhuǎn)通道搖桿”)。6.右滾轉(zhuǎn)訓練將右側(cè)搖桿緩慢向右推，即可實現(xiàn)多旋翼的右滾轉(zhuǎn)動作，此時多旋翼機身向右側(cè)傾斜，如圖8.12(d)所示(右下角遙控器指示“右推滾轉(zhuǎn)通道搖桿”)。1.模擬遙控飛行訓練03飛行模擬訓練4.后飛訓練與推俯仰通道搖桿相反，往下緩慢拉遙控器右側(cè)搖桿，即下拉俯仰通道搖桿，該操作會使得多旋翼產(chǎn)生一個抬頭力矩，機頭上抬，進而改變前后的飛行方向，如圖8.12(b)所示(右下角遙控器指示“下拉俯仰通道搖桿”)。5.左滾轉(zhuǎn)訓練將遙控器右搖桿緩慢向左推，即可實現(xiàn)多旋翼向左的滾轉(zhuǎn)操作，此時多旋翼機身向左側(cè)傾斜，如圖8.12(c所示(右下角遙控器指示“左推滾轉(zhuǎn)通道搖桿”)。6.右滾轉(zhuǎn)訓練將右側(cè)搖桿緩慢向右推，即可實現(xiàn)多旋翼的右滾轉(zhuǎn)動作，此時多旋翼機身向右側(cè)傾斜，如圖8.12(d)所示(右下角遙控器指示“右推滾轉(zhuǎn)通道搖桿”)。8.懸停訓練在熟練掌握了多旋翼遙控器各個通道的控制技巧之后，便可以進行定點懸停訓練從多旋翼和操作人員的相對朝向來說，懸停有對尾懸停(即多旋翼尾部朝向操控人員).對頭懸停、左側(cè)懸停和右側(cè)懸停。1.模擬遙控飛行訓練03飛行模擬訓練在熟練掌握了懸停操作之后，便可以進行更加復(fù)雜的“8”字飛行、小航線飛行、大航線飛行等。鳳凰模擬器上也提供了多種訓練模式，可以進行針對性練習，如圖8.13所示。使用飛行模擬器初步掌握多旋翼各個通道的基本操作技巧，對于提高操控人員的反應(yīng)速度和操控水平有很大的幫助，飛行模擬器的主要作用是減少實際飛行中的錯誤操作。當能夠在飛行模擬軟件上順利地完成各種動作之后，便可以進行實際的飛行訓練了。2.實際遙控飛行訓練01第一階段:首飛首飛指的是多旋翼第一次離地飛行，或者第一次出外場進行實地飛行。首飛一般比較簡單，但過程需要操作手額外小心。對于多旋翼來說，一般首飛的流程是:多旋翼檢查、跳飛和懸停。請參考“飛前準備”章節(jié)的內(nèi)容，主要保障多旋翼基本安裝沒有問題，運輸沒有造成損傷，電池和電子設(shè)備都處于最佳狀態(tài)。01多旋翼檢查2.實際遙控飛行訓練01第一階段:首飛跳飛指的是從電機旋轉(zhuǎn)檢查，到緩慢加油門讓多旋翼逐步離地的過程。首先，應(yīng)該不斷進行重復(fù)解鎖和鎖定多旋翼的電機(見第5章)，在這個過程中檢查螺旋槳轉(zhuǎn)動方向是否正確。確認后，輕推油門，使螺旋槳全部起轉(zhuǎn)，緩慢加速至半離地狀態(tài)，觀察多旋翼是否有傾覆的跡象。加大油門到剛好保證可以起飛的油門位置，讓多旋翼剛剛離地，立即收油門使多旋翼降落。在離地瞬間檢查多旋翼姿態(tài)是否正常，跳飛高度不要超過1米，避免損壞多旋翼。注意，推薦預(yù)先使用成熟的多旋翼進行訓練跳飛過程，再操作新機試飛。02跳飛2.實際遙控飛行訓練01第一階段:首飛在完成跳飛步驟之后，確認多旋翼姿態(tài)正常，就可以持續(xù)加油門進行懸停試飛。注意將多旋翼穩(wěn)定在視線高度，以方便檢查其是否有抖動等情況出現(xiàn)。03懸停2.實際遙控飛行訓練02第二階段:基本功能測試基本功能測試包含多旋翼內(nèi)部動力、電子和自駕儀的一些基本故障檢查。在多旋翼完成首飛之后，表明多旋翼基本飛行控制功能正常，基本功能測試包含定高飛行、定點飛行和航線飛行三個步驟，完成這三個步驟，表明多旋翼自我控制功能正常，這是脫離航模進入無人機的入門步驟。首先起飛多旋翼，在空中切換定高飛行模式，觀察多旋翼飛行功能正常，驗證多旋翼氣壓高度控制功能是否正常，降落完成。01定高飛行2.實際遙控飛行訓練02第二階段:基本功能測試首先檢查多旋翼GNSS衛(wèi)星數(shù)量大于八顆，檢查GNSS信號健康度(HDOP)數(shù)值小于1.2。在地面將多旋翼切換到定高模式，緩加油門起飛多旋翼，在空中觀察一切正常后，切換到定點模式，檢查多旋翼定點正常。若沒有晃動和逐步增大的“畫圓圈”運動，則定點模式飛行完畢，可以降落。此模式是多旋翼自主控制的基礎(chǔ)，表明衛(wèi)星定位功能正常。02定點飛行2.實際遙控飛行訓練02第二階段:基本功能測試按照8.5節(jié)內(nèi)容進行基本航線規(guī)劃，最好是一個邊長大于10米的方形航線，不要忘記把最后一個點的功能改為“返航”。在上傳并驗證正確后，在定點模式下手動直接起飛多旋翼，然后在空中手動切換全自主模式，多旋翼將按照規(guī)劃進行全自主航線飛行，并在完成航線后自動返航。也可以在地面直接切換為全自主模式，此時通過地面站直接解鎖并啟動全任務(wù)自主飛行，多旋翼完成整個航線后自動降落?？梢苑磸?fù)進行三次以上，驗證多旋翼自主控制功能的可靠性。03航線飛行2.實際遙控飛行訓練03第三階段:常見多旋翼性能測試常見多旋翼性能測試包含續(xù)航能力測試、起降偏移測試、飛行精度測試、抗風性測試以及失效保護測試。更換充滿電的電池，將單片電池報警電壓設(shè)置為3.5V，使用定點模式起飛多旋翼開始計時。在空中懸停至電壓報警降落停止計時，這個時長為多旋翼的極限續(xù)航能力，之后的任務(wù)規(guī)劃和飛行可參考這個續(xù)航能力進行。01續(xù)航能力測試2.實際遙控飛行訓練03第三階段:常見多旋翼性能測試考驗的是多旋翼飛行平穩(wěn)程度。起飛前，在多旋翼正下方做標記，使用全自主模式進行航線飛行，并自動返航降落。測量落點到標記的距離，為偏移測試結(jié)果。此指標可以作為多旋翼規(guī)劃起降場地的參考。02起降偏移測試2.實際遙控飛行訓練03第三階段:常見多旋翼性能測試以定點模式起飛多旋翼，在空中懸停5分鐘左右，觀察地面站上多旋翼航跡所覆蓋的區(qū)域面積，為此項測試的結(jié)果。此測試結(jié)果可以為多旋翼飛行的航線精度提供參考，用于檢查規(guī)劃航線的安全性。03飛行精度測試2.實際遙控飛行訓練03第三階段:常見多旋翼性能測試使用風速儀預(yù)先測量高度兩米左右空間的最大風速。多旋翼在定點模式下起飛，在此空間懸停5分鐘以上，檢查地面站顯示的多旋翼軌跡覆蓋區(qū)域的面積。若相比飛行精度測試沒有明顯加大，則此風速在多旋翼抗風能力之內(nèi)。在不同風速條件下進行此項測試，可以得出該多旋翼的極限抗風性能。需要注意的是，抗風能力與多旋翼起飛重量、電池電壓、風穩(wěn)定度和PID參數(shù)調(diào)節(jié)均有很大關(guān)聯(lián)，此項測試只能作為大致的參考，不可作為固定的參數(shù)使用。04抗風性測試2.實際遙控飛行訓練03第三階段:常見多旋翼性能測試多旋翼在飛行過程中可能會遇到各種突發(fā)狀況，例如，電池低電量、遙控器和地面站失去連接或者多旋翼姿態(tài)失控即將墜落等，這些狀況使得我們無法有效地控制多旋翼。大多數(shù)自駕儀軟件都提供了一些列失效保護功能。例如，Ardupilot自駕儀提供了遙控失效、電池失效、地面站失效、EKF失效和墜毀保護等失效保護功能。我們常用的有遙控器失效和地面站失效及墜毀保護。接下來以Ardupi-lot自駕儀軟件的遙控器失效保護為例進行介紹。首先，在地面站上設(shè)置自駕儀參數(shù)“FSTHRENABLE”，該參數(shù)下有七個子參數(shù)，將其中的“Disabled”和“EnabledAlwaysRTL”設(shè)置為1，其他設(shè)置為0。這樣當遙控器和多旋翼失去連接時，會根據(jù)有無GNSS觸發(fā)返航或者原地降落模式。為了驗證效果，將設(shè)置好參數(shù)的多旋翼放在開闊地帶，并起飛到5米左右的高度，之后關(guān)閉遙控器，多旋翼會立刻返航到起飛點或者原地降落。05失效保護測試04地面站飛行操控1.多旋翼地面站界面MissionPlanner地面站是開源自駕儀軟件Ardupilot的配套地面站，同時支持所有MavLink協(xié)議的開源自駕儀軟件,如PX4。該地面站具有飛行數(shù)據(jù)監(jiān)控、飛行規(guī)劃、自駕儀配置與調(diào)試和模擬飛行等功能。該地面站的主界面由“DATA”“SETUP”“PLAN和“CONFIG”四個頁面構(gòu)成。MissionPlanner地面站“DATA”頁面如圖8.14所示，該頁面由三個板塊構(gòu)成，左上角為飛行儀表和多旋翼