Калибровка акселерометра и компаса

1. Цели урока

После этого урока вы будете понимать:

• как правильно провести шестипозиционную калибровку
• когда достаточно быстрой Calibrate Level
• чем hard-iron отличается от soft-iron искажений
• как бороться с влиянием тока на показания компаса
• как выполнить CompassMot и MagFit и чем они различаются

2. Калибровка акселерометра

Процедура определяет смещения и масштабные коэффициенты трёх осей акселерометра для каждого установленного на плате IMU (обычно их два или три).

Полная калибровка (Accel Calibration)

Программа последовательно просит установить аппарат в шесть положений: level (горизонтально), left side, right side, nose down, nose up, on its back. Требования к процедуре:

• аппарат должен быть неподвижен в каждом положении;
• положения должны быть точными: используйте ровный стол, при необходимости — уровень;
• «горизонтально» означает горизонтально по конструкции аппарата, а не по плате;
• каждое нажатие кнопки фиксирует показания; между нажатиями аппарат не двигают.

Калибровка горизонта (Calibrate Level)

Отдельная кнопка, требующая только одного положения — горизонтального. Она корректирует параметры AHRS_TRIM_X и AHRS_TRIM_Y, то есть учитывает наклон установки платы относительно корпуса.

Проверка результата

После калибровки в горизонтальном положении на ровной поверхности:

• в HUD крен и тангаж должны показывать 0 ± 1°;
• в DATA → Status поля ax, ay близки к нулю, az близко к −9,81 (или +9,81 в зависимости от знака в конкретной версии).

3. Калибровка компаса

Магнитометр — самый капризный датчик на аппарате. Большинство проблем с уводом в LOITER, круговым дрейфом (эффект «toilet bowl») и ошибками EKF связаны именно с ним.

Идеальная калибровка даёт сферу с центром в нуле. Смещение центра — hard-iron (постоянные магниты, металл рядом). Эллипс — soft-iron или влияние тока

Виды магнитных помех

Процедура Onboard Calibration

1. Отойдите от строений, машин, арматуры минимум на 10–15 метров. Асфальт над арматурой и бетонные площадки — плохое место.
2. Снимите с себя часы, телефон, ключи.
3. SETUP → Mandatory Hardware → Compass → Start.
4. Вращайте аппарат вокруг всех трёх осей, стараясь «закрыть» полную сферу: держите его носом вверх и крутите, носом вниз и крутите, на каждом боку и крутите.
5. Полосы прогресса заполняются по каждому компасу. Процедура занимает 1–3 минуты.
6. По завершении программа покажет fitness (качество подгонки) и предложит перезагрузку.

Компенсация влияния тока

При больших токах магнитное поле силовых проводов и моторов заметно искажает показания компаса. Искажение пропорционально току, поэтому в висении курс держится, а на разгоне или наборе высоты начинает уплывать — аппарат «косит» в LOITER, кружит вместо возврата по прямой, теряет точность в AUTO.

Есть два способа компенсации. Оба записывают поправки в одни и те же параметры, но получают их по-разному.

Процедура CompassMot по шагам

1. Убедитесь, что работает датчик тока. Компенсация строится на зависимости искажения от тока, без монитора батареи она бессмысленна. Проверьте, что в DATA → Status поле current показывает ненулевое значение под нагрузкой. Настройка датчика — в SETUP → Optional Hardware → Battery Monitor.
2. Переверните винты и переставьте их через один луч. В такой конфигурации при подъёме газа тяга прижимает аппарат к земле, а не поднимает его.
3. Закрепите аппарат. Скотчем, стяжками, грузом — так, чтобы он гарантированно не сдвинулся.
4. Включите передатчик, стик газа в нуле.
5. Подключите силовую батарею.
6. Подключите автопилот к компьютеру по USB и соединитесь в Mission Planner.
7. Откройте SETUP → Optional Hardware → Compass/Motor Calib.
8. Нажмите Start. Регуляторы издадут звук готовности.
9. Плавно поднимите газ до 50–75 процентов и удерживайте 5–10 секунд. Винты вращаются.
10. Быстро сбросьте газ в ноль.
11. Нажмите Finish — та же кнопка, надпись на ней меняется со Start на Finish.
12. Отключите батарею и верните винты в нормальное положение.

Во время процедуры экран показывает четыре величины и строит график зависимости помехи от газа:

Оценка результата по итоговому значению Interference:

Процедура MagFit по логу

Способ не требует ни крепления аппарата, ни вращения винтов на земле: поправки вычисляются по записи реального полёта.

1. Включите подробное логирование компаса. В CONFIG → Full Parameter List убедитесь, что в LOG_BITMASK включена запись IMU и компаса.
2. Выполните полёт продолжительностью 3–5 минут в режиме LOITER или ALT_HOLD: развороты на 360 градусов в обе стороны, полёт по всем четырём сторонам света, набор высоты и снижение, участки на разной тяге. Задача — набрать данные при разных курсах и разных токах.
3. Скачайте бортовой лог через DATA → DataFlash Logs → Download DataFlash Log Via Mavlink. Лучше по USB: файл весит десятки мегабайт.
4. Обработайте лог. В составе MAVProxy есть утилита MAVExplorer с командой magfit. Есть и веб-сервисы, принимающие файл лога и возвращающие готовый набор параметров.
5. Загрузите полученные значения в аппарат: CONFIG → Full Parameter List → Load from file, затем Write Params.
6. Проверьте результат контрольным полётом: курс в HUD должен совпадать с реальным направлением, а в LOITER аппарат не должен уводить по кругу.

Лучшее решение — механическое: Никакая программная компенсация не заменит правильного размещения. Внешний компас на мачте высотой 10–15 см над рамой, силовые провода скручены попарно, GPS-модуль с компасом вынесен от питания — и калибровка перестаёт быть проблемой.

Магнитное склонение

Параметр COMPASS_DEC (в радианах) учитывает разницу между магнитным и истинным севером. При включённой опции Automatic Declination значение подставляется автоматически по координатам GPS из встроенной модели. Оставьте автоматический режим включённым.

4. Практика

Задания выполняются в симуляторе SITL и не требуют реального аппарата. Симулятор позволяет безопасно внести искажение в датчик и посмотреть, как калибровка его исправляет, — на живом аппарате такой эксперимент не поставить.

5. Проверьте себя

Сформулируйте ответ своими словами, прежде чем сверяться со справочником ответов.

1. Чем полная шестипозиционная калибровка отличается от Calibrate Level и в каком случае достаточно второй?
2. Почему нельзя держать аппарат в руках во время калибровки акселерометра?
3. Чем hard-iron отличается от soft-iron: каков источник каждого искажения и как оно выглядит на сфере калибровки?
4. Что означает значение fitness 20 по итогам калибровки компаса и что делать в этом случае?
5. Почему один внешний компас часто лучше, чем внешний вместе с внутренним?
6. Зачем при CompassMot переворачивать винты и переставлять их через один луч?
7. Почему CompassMot бесполезен без работающего датчика тока?
8. Уровень помехи по итогам CompassMot составил 45 процентов. Как это трактовать?
9. Чем MagFit по логу точнее CompassMot и почему нельзя выполнять обе процедуры подряд?
10. В каких единицах задаётся COMPASS_DEC и почему его обычно не трогают вручную?

6. Чек-лист самопроверки

Урок освоен, если каждый пункт выполнен на практике:

• Акселерометр откалиброван, углы на ровной поверхности 0 ± 1°
• Компас откалиброван вдали от металла, fitness не более 16
• Лишние компасы отключены
• Курс в HUD соответствует реальному направлению

7. Что дальше

• Предыдущий урок: 9. Конфигурация рамы и ориентация контроллера
• Следующий урок: 11. Калибровка радиоуправления и регуляторов оборотов
• Полный перечень тем: Содержание курса