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Bicopter kippt

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    • Bicopter kippt

      Hallo zusammen.
      Ich bastele gerne Dinge. Manches nicht erfolgreich und manches durchaus - zum Beispiel eine eigene, elektronisch gesteuerte Espressomaschine.

      Seit ein paar Monaten versuche ich nun einen Copter selbst zu designen und herzustellen.

      Bisher mit vergleichsweise bescheidenem Erfolg. Salopp gesagt: Das Ding fliegt nicht.

      Drohni.JPG

      Wie man sieht, soll es ein Bi-Copter werden. Die Idee dahinter war etwas höhere Effizienz und etwas niedrigere Geräuschentwicklung.
      An Komponenten habe ich im Moment (insbesondere) als Flightcontroller einen SPRacing F3, 16g-Motoren und hier 7x4-Props. Dazu natürlich noch Servos und Akku.
      Getestet wird im Moment nur im Innenraum. Das Chassis ist 3d-gedruckt und mittlerweile recht stabil/verwindungssteif.
      Das orangene Ding unten, der das Ding sehr schief stehen lässt, ist ein Hilfsgriff, mit dem ich das Ding bei Test halten kann und sozusagen beliebig viel Freiheit geben kann, ohne dass es runter fällt.

      Das tut es nämlich gerne: auch nach ausgiebigem PID-Werte verändern/ermitteln/tunen, kippt das innerhalb von wenigen Zehntelsekunden zumeist um die schwache Nickachse.

      Nun fehlt mir hier die Erfahrung bzw. das Gefühl, um Fragen und mögliche Antworten einschätzen zu können.
      Ich glaube hier fehlen eher ein paar Grundlagen.

      Ich will trotzdem mal versuchen, das zu formulieren:
      - Wie groß ist der Einfluss der Propgröße auf das Flugverhalten? Alle erfolgreichen Bicopter, die ich gesehen habe, verwenden sehr kleine Rotoren, die entsprechend hoch drehen. Eigentlich wollte ich aber eher das Gegenteil erreichen...
      - Ist der Controller (STM32F303) vielleicht zu langsam für einen Bicopter? Das maximale, das ich in Clean- oder Betaflight für die "PID-Loop" einstellen kann ist 0,5kHz. Es wirkt für mich als würde die Regelung Kippbewegungen viel zu spät ausgleichen.
      - Oder stimmen andere Größen vielleicht nicht? Zu schmal, zu wenig hoch, Motoren zu nah am Mittelpunkt, ...?
    • Fangen wir mit dem Flugkontroller an: Nein, der ist nicht zu langsam, bei dem kannst Du bleiben.

      Jetzt kommen wir aber mal gleich zum Eingemachten...

      Welche Servos und welche Motore verwendest Du?
      Welch Propgröße hast Du drauf?
      Was wiegt Dein Bicopter?
      Welchen Akku verwendest Du ?

      Anbei der Setup meines Bicopter mit sOAT (single Oblique Active Tilting) Etwas Literatur gefällig : Lift Fans as Gyroscopes for Controlling Compact VTOL Air Vehicles: Overview and Development Status of Oblique Active Tilting (OAT) - Vertical Flight Library & Store

      Diff All von Betaflight:
      # version
      # Betaflight / OMNIBUSF4SD (OBSD) 3.5.2 Oct 2 2018 / 11:38:56 (7735512f5) MSP API: 1.40

      board_name OMNIBUSF4SD
      manufacturer_id
      mcu_id 004000293536470d32353030
      signature

      # reset configuration to default settings
      defaults nosave

      # name
      name Bicopter

      # resources
      resource MOTOR 3 NONE
      resource MOTOR 4 NONE
      resource MOTOR 5 NONE
      resource MOTOR 6 NONE
      resource SONAR_TRIGGER 1 NONE
      resource SONAR_ECHO 1 NONE

      # mixer
      mixer BI

      # servo
      servo 4 1100 1900 1530 100 -1
      servo 5 1100 1900 1540 100 -1

      # servo mix


      # feature
      feature -RX_PARALLEL_PWM
      feature -ANTI_GRAVITY
      feature RX_SERIAL
      feature LED_STRIP

      # beeper
      beeper -ON_USB

      # beacon
      beacon RX_SET

      # map

      # serial
      serial 0 64 115200 57600 0 115200

      # led
      led 0 6,15:W:AI:0
      led 1 7,15:E:LI:0

      # color

      # mode_color
      mode_color 6 0 2
      mode_color 6 1 6

      # aux
      aux 0 0 0 1675 2100 0 0
      aux 1 1 1 900 1200 0 0
      aux 2 2 1 1425 1550 0 0
      aux 3 27 3 900 1200 0 0
      aux 4 13 3 1800 2100 0 0
      aux 5 15 4 1800 2100 0 0
      aux 6 26 4 900 1200 0 0
      aux 7 28 1 1725 2100 0 0
      aux 8 47 1 1600 2100 0 0

      # adjrange

      # rxrange

      # vtx

      # rxfail

      # master
      set gyro_lowpass_hz = 90
      set gyro_notch1_hz = 40
      set gyro_notch1_cutoff = 30
      set gyro_use_32khz = ON
      set acc_calibration = 94,-62,-66
      set mag_hardware = NONE
      set mag_declination = 2000
      set mag_calibration = 83,24,64
      set max_check = 1950
      set rc_smoothing_type = FILTER
      set serialrx_provider = SBUS
      set blackbox_p_ratio = 128
      set min_throttle = 1020
      set motor_pwm_protocol = DSHOT1200
      set motor_pwm_rate = 2000
      set failsafe_throttle = 1250
      set failsafe_switch_mode = STAGE2
      set failsafe_procedure = AUTO-LAND
      set align_board_yaw = 270
      set beeper_dshot_beacon_tone = 2
      set servo_pwm_rate = 250
      set small_angle = 180
      set deadband = 3
      set yaw_deadband = 3
      set pid_process_denom = 2
      set osd_warn_core_temp = OFF
      set osd_rssi_alarm = 0
      set osd_cap_alarm = 1500
      set osd_vbat_pos = 2433
      set osd_tim_2_pos = 2454
      set osd_ah_pos = 2126
      set osd_current_pos = 2368
      set osd_mah_drawn_pos = 2401
      set osd_craft_name_pos = 2091
      set osd_home_dir_pos = 2282
      set osd_altitude_pos = 2421
      set osd_battery_usage_pos = 392
      set cpu_overclock = 216MHZ
      set vcd_video_system = PAL

      # profile
      profile 0

      set dterm_notch_hz = 260
      set anti_gravity_gain = 1000
      set feedforward_transition = 20
      set smart_feedforward = ON
      set iterm_relax = RP
      set iterm_windup = 50
      set yaw_lowpass_hz = 50
      set throttle_boost = 0
      set d_pitch = 38
      set f_pitch = 146
      set d_roll = 33
      set f_roll = 127
      set f_yaw = 100

      # profile
      profile 1

      set dterm_notch_cutoff = 0
      set feedforward_transition = 20
      set smart_feedforward = ON
      set iterm_relax = RP
      set throttle_boost = 0
      set p_pitch = 60
      set i_pitch = 45
      set d_pitch = 60
      set f_pitch = 146
      set p_roll = 45
      set i_roll = 20
      set d_roll = 15
      set f_roll = 127
      set p_yaw = 40
      set i_yaw = 20
      set d_yaw = 60
      set f_yaw = 100

      # profile
      profile 2

      set dterm_notch_cutoff = 0
      set smart_feedforward = ON
      set iterm_relax = RP
      set throttle_boost = 0
      set p_pitch = 60
      set i_pitch = 45
      set d_pitch = 60
      set f_pitch = 146
      set p_roll = 45
      set i_roll = 20
      set d_roll = 15
      set f_roll = 127
      set p_yaw = 40
      set i_yaw = 20
      set d_yaw = 60
      set f_yaw = 100

      # restore original profile selection
      profile 1

      # rateprofile
      rateprofile 0

      set thr_expo = 30
      set roll_rc_rate = 155
      set pitch_rc_rate = 155
      set roll_expo = 25
      set pitch_expo = 25
      set yaw_expo = 35
      set roll_srate = 73
      set pitch_srate = 73
      set yaw_srate = 75

      # rateprofile
      rateprofile 1


      # rateprofile
      rateprofile 2


      # rateprofile
      rateprofile 3


      # rateprofile
      rateprofile 4


      # rateprofile
      rateprofile 5


      # restore original rateprofile selection
      rateprofile 0
      ------------------------------------------
      Und hier noch ein kleines Bild:
      Dateien
    • jstremmler schrieb:

      Fangen wir mit dem Flugkontroller an: Nein, der ist nicht zu langsam, bei dem kannst Du bleiben.

      Jetzt kommen wir aber mal gleich zum Eingemachten...

      Welche Servos und welche Motore verwendest Du?
      Welch Propgröße hast Du drauf?
      Was wiegt Dein Bicopter?
      Welchen Akku verwendest Du ?

      ------------------------------------------
      Und hier noch ein kleines Bild:

      Hi. Danke für die Antwort.
      Du hast einen Bicopter von rcexplorer?
      Der hat ja sehr kleine Props und eine ungewöhnliche Ausdehnung in Längsrichtung.
      Aber warum sind die Servos schräg zur Achse? :)

      Servos habe ich aktuell: Emax ES08D digital, 12g.
      Motoren zumeist Pichler NANO 15g - ich habe aber noch wesentlich schwerere A2208 1450kv 36g (zu schwer?).
      Props aktuell 7x4, aber auch versucht mit 6x3 (zu schwach) und 8x4,5 (zu schwerfällig?).
      Akku aktuell zwei normale hochstromfähige 18650-Zellen, also 7v, 3000mAh

      Gesamtgewicht damit ist dann ca. 300g. Abhebeschub bei ca. 60%.

      Hier ein aktuelles Bild. Gestern versucht zu fliegen. Die erste Aktion (der Regelung) ist eigentlich immer starkes Hin- und Herschwenken der Motoren/Servos, um den Absturz noch abzufangen. Dabei reist dann eine der gedruckten Verbindungen. Danach designe ich sie doppelt so dick, dann hält es.

      Als nächstes hätte ich jetzt diese übliche "Teller"-Montage für die Motoren versucht - wie sie auch der rcexplorer hat.
      Dateien
      • Drohne47.JPG

        (542,04 kB, 8 mal heruntergeladen, zuletzt: )
    • "Aber warum sind die Servos schräg zur Achse?"

      Die Antwort (sOAT Technik) wäre zu lang für ein Forum. Schaue mal bitte oben in den Literaturhinweis. Dann weißt Du warum....

      Mein Bicopter (ich habe nur den Frame von David gekauft) fliegt m.E etwas besser als der von David. Er fliegt auch rückwärts!, macht aber bei schnellen Wechseln von vorwärts auf rückwärts immer noch leichte Probleme. Man muss ihn halt langsam abfangen und nicht brutal von Vorwärts- auf Rückwärtsflug gehen. Vorwärts gibt es übrigens gar keine Probleme.
      Ich habe die EMAX Racespec 2205 Motore mit 2300kV, Props sind 5048 Dreiblatt von Dalprop. Damit dürfte jeder Motor mit dem 4S 1500mAh 90C Lipo so max ca. 1000g Schub bringen. Aus heutiger Sicht sind meine Motore immer noch nicht leistungsstark genug. Heute würde ich einen EMAX RS 2306 2400kv nehmen. (max Schub 1500g). Als Besonderheit hat mein Bicopter ein eingebautes Speedybee Modul. Ich muss also nicht immer das Gehäuse aufmachen, wenn ich die PID Werte verstellen will, sondern kann das bequem mit dem Handy machen. (die Betaflight Werte dafür sind übrigens noch nicht in den obigen Diff All Parametern). Die Einstellung ist etwas tricky, denn das Speedybee Modul soll sich ja abschalten (um den 2,4 GHz Empfang nicht zu stören), wenn die Motore scharf gemacht werden....

      Deine Servos sind ok , sind wie meine, (BMS 21-HV, von HK).

      Mein Tip: Nimm die 2208 Motore mit 7*4,5 Prop und setze einen 3S Lipo 1300 - 1500 mAh ein und übernimm für den Erstflug meine Roll und Pitch PID-Werte. Wichtig ist auch, (falls Du das noch nicht getan hast) im Config Menü von Betaflight die Servo Refresh Rate auf 330Hz zu setzen.

      So blöd sich das anhört, aber das Problem beim Bicopter sind immer die Servos. Ich hoffe für die hast Du ein extra 5V BEC mit ca. 5A zur Spannungsversorgung der Servos. Die können gar nicht schnell genug sein und man muss sie aggressiv einstellen, sonst benimmt sich der Bicopter entweder wie eine "Lahme Ente", oder er zickt, wie bei Dir, bei jeder Pitch Bewegung rum.
      Und übrigens, ich halte die "Teller Montage" der Motore für besser als Deine....

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von jstremmler ()

    • jstremmler schrieb:


      Mein Tip: Nimm die 2208 Motore mit 7*4,5 Prop und setze einen 3S Lipo 1300 - 1500 mAh ein und übernimm für den Erstflug meine Roll und Pitch PID-Werte. Wichtig ist auch, (falls Du das noch nicht getan hast) im Config Menü von Betaflight die Servo Refresh Rate auf 330Hz zu setzen.

      So blöd sich das anhört, aber das Problem beim Bicopter sind immer die Servos. Ich hoffe für die hast Du ein extra 5V BEC mit ca. 5A zur Spannungsversorgung der Servos. Die können gar nicht schnell genug sein und man muss sie aggressiv einstellen, sonst benimmt sich der Bicopter entweder wie eine "Lahme Ente", oder er zickt, wie bei Dir, bei jeder Pitch Bewegung rum.
      Und übrigens, ich halte die "Teller Montage" der Motore für besser als Deine....
      Mit den PID-Einstellungen meinst du die?
      set p_pitch = 60
      set i_pitch = 45
      set d_pitch = 60
      set f_pitch = 146
      set p_roll = 45
      set i_roll = 20
      set d_roll = 15
      set f_roll = 127
      Weißt du, was "f", also f_pitch ist? Das ist "Feed forward"? Die hohen Werte sind wichtig?

      Die Refresh-Rate habe ich erhöht, war noch der Standard 50.

      Als BEC habe ich noch einen mit 2A. Höhere Stromwerte beschleunigen die Servos?
      Ich hatte da mal den Stromverbrauch gemessen, auch bei "Stall". Die Servos sind zwar mit 1A angegeben, ich habe aber nie mehr als 150mA gesehen.

      Servos aggressiv? Wo kann ich das einstellen? Oder meinst du nur die PID-Werte?


      Ich würde gerne die (PID-) Parameter erstmal ohne Abheben grob einstellen.
      Hast du da irgendeinen Tipp?
      Im Moment halte ich das halt irgendwie, bin aber nicht sicher, ob das zu sehr verfälscht.


      Ich designe dann die Teller mal für die größeren Motoren...
    • Die "f"-Werte sind die Feed Forward Werte. Das mit den "hohen Werten" kommt aus der Einführung der Feedforward Werte in Betaflight und hängt auch mit Deinem Flugstil zusammen. Früher hatte man dafür den Wert Setpoint_Weight. Feedforward kann man aus dem alten D-Wert und diesem Setpoint_Wert errechnen:

      FF= (D/26)*D_Weight. (mit D_ Weight = 100* Setpoint _Weight) , oder anders : FF= (D/26) * 100 * Setpoint_Weight

      Beispiel: Ein alter D-Wert von 15 und ein Setpoint_Weight Wert von 1 ergeben einen Feedforward Wert von 57,7. Aber da ich immer mit einem Setpoint_Weight Wert von 2 geflogen bin, resultuieren bei mir daraus relativ hohe Feedforward Werte, um immer das gleiche Gefühl an den Knüppeln zu haben....
      Aus der Erklärung resultiert übrigens auch, dass man, wenn man immer das "gleiche Gefühl an den Knüppeln" haben will, bei jeder Änderung des D-Werts auch den Feedforward Wert ändern sollte ( jetzt hast Du etwas, wie Joshua Bardwell sagen würde ) fürs Leben gelernt....

      Eine höhere Leistung des BEC, z.B. 5A beschleunigt natürlich nicht die Servos, verhindert aber, wenn die kräftig Strom, ziehen andere Probleme. Ich bezweifle übrigens, dass Deine Servos nur 1A ziehen.... (insbesondere, wenn sie anlaufen) Mit aggressiv meine ich die PID Werte, die Taktrate des Prozessors, die Servo Refresh Rate, die Frequenz mit der die ESC werte upgedatet werden, u.s.w..

      PID Werte muss man immer erfliegen. Die optimalen für Deinen Bicopter sind sicherlich anders als die für meinen Bicopter. Man kann sie nicht ohne Abheben und ohne zu fliegen "grob" einstellen. Man nimmt meistens die Betaflight Default Werte als Startwerte und erfliegt dann die optimalen für den eigenen Kopter. Beim Bicopter sind die Betaflight Default Werte zum Start allerdings nicht so ganz geeignet. Daher solltest Du meine, oder z. B. die von David Windestall (gibt es auf seiner HP) als Startwerte verwenden und von da aus weiter optimieren.

      Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von jstremmler ()

    • jstremmler schrieb:

      PID Werte muss man immer erfliegen. Die optimalen für Deinen Bicopter sind sicherlich anders als die für meinen Bicopter. Man kann sie nicht ohne Abheben und ohne zu fliegen "grob" einstellen. Man nimmt meistens die Betaflight Default Werte als Startwerte und erfliegt dann die optimalen für den eigenen Kopter. Beim Bicopter sind die Betaflight Default Werte zum Start allerdings nicht so ganz geeignet. Daher solltest Du meine, oder z. B. die von David Windestall (gibt es auf seiner HP) als Startwerte verwenden und von da aus weiter optimieren.
      "Abheben" heißt bei mir bisher halt immer abstürzen (innerhalb der Zeit, die ein Stein zur Erde braucht ca.). Damit kann ich leider keine Werte erfliegen. :)

      ABER
      Heute flog das Teil. Zwar nur 1,5 Sekunden. Und in gerader Linie in den nächsten Baum. Aber immerhin in waagrechter Linie.

      Geändert umgesetzt habe ich jetzt das Tellerdesign für den Motorenschwenk. Ich weiß nur noch nicht so recht, wie ich bei dem den Teller mit dem Servo verbinden soll.
      Und die Servo-Refresh-Rate habe ich geändert. Das war vermute ich im Moment der wertvollste Tipp.

      Copterfliegt.JPG