Монитор батареи и итоговая проверка перед полётом #12

1. Цели урока

После этого урока вы будете понимать:

• как настроить монитор батареи под свой датчик и что означают поля Monitor, Sensor и HW Ver;
• как откалибровать напряжение мультиметром и ток без ваттметра;
• чем низкий уровень отличается от критического и какие действия им назначают;
• зачем нужна компенсация просадки напряжения и когда она обязательна;
• как запретить взлёт с недозаряженной батареей;
• какие показания проверить перед первым полётом.

2. Настройка монитора батареи

Монитор батареи решает три задачи: показывает оператору напряжение и остаток заряда, ведёт учёт израсходованных мА·ч и запускает failsafe при разряде. Без него аппарат не знает, сколько у него энергии, и продолжит полёт до отключения питания в воздухе.

Экран Battery Monitor

SETUP → Optional Hardware → Battery Monitor.

Три выпадающих списка задают тип измерения, модель датчика и плату. Справа — ёмкость батареи и галочка звукового предупреждения. Внизу слева блок Calibration с шестью полями

Поле Monitor: тип датчика

Главный переключатель, параметр BATT_MONITOR. Определяет, откуда брать данные. Полный список в 4.7 содержит более тридцати вариантов; практически применимы немногие:

Поля Sensor и HW Ver

Эти два списка сами по себе параметрами не являются — они лишь подставляют готовые значения в поля калибровки, чтобы не искать их в документации.

• Sensor — модель модуля питания: 0: Other, 1: AttoPilot 45A, 2: AttoPilot 90A, 3: AttoPilot 180A, 4: 3DR Power Module, 5: 3DR 4in1 ESC, 6: 3DR HV Power Module APM, 7: Cube HV Power Module, 8: CUAV HV PM, 9: Holybro Power Module.
• HW Ver — модель автопилота: 0: CUAV V5/Pixhawk4 или APM1, 1: APM2 – 2.5 non 3DR, 2: APM2.5+/ZealotF427 – 3DR Power Module, 3: PX4, 4: The Cube или Pixhawk, 5: VR Brain 4.5–5, 6: VR Micro Brain 5, 7: VR Brain 4, 8: Cube Orange, 9: Durandal/ZealotH743, 10: Pixhawk 6C/Pix32 v6.

Выбор платы важен потому, что у разных контроллеров датчики подключены к разным аналоговым входам: он задаёт BATT_VOLT_PIN и BATT_CURR_PIN. Ошибка здесь даёт нулевые или бессмысленные показания при исправном железе.

Ёмкость батареи

Поле Battery Capacity — параметр BATT_CAPACITY, паспортная ёмкость в мА·ч. Автопилот вычитает из неё израсходованное и показывает остаток.

Галочка MP Alert on Low Battery включает голосовое и звуковое предупреждение самой программы Mission Planner. Это функция наземной станции, а не автопилота: на поведение аппарата она не влияет и работает, только пока ноутбук на связи.

3. Точная калибровка

Блок Calibration на экране содержит шесть пронумерованных полей. Три из них — поля ввода, три — расчётные, они показывают результат.

Калибровка напряжения

Простая и обязательная процедура, занимает минуту:

1. Подключите батарею, дайте показаниям устояться.
2. Измерьте напряжение на разъёме батареи мультиметром.
3. Введите измеренное значение в поле 1. Measured battery voltage и нажмите Enter.
4. Программа пересчитает делитель BATT_VOLT_MULT, поле 3 обновится.
5. Убедитесь, что поле 2 теперь совпадает с показанием мультиметра.

Связь величин линейная: измеренное на аналоговом входе напряжение умножается на коэффициент делителя.

\( U_{\mathrm{батареи}} = U_{\mathrm{пина}} \times \mathrm{BATT\_VOLT\_MULT} \)

Отсюда пересчёт вручную, если понадобится:

\( \mathrm{BATT\_VOLT\_MULT}_{\mathrm{нов}} = \mathrm{BATT\_VOLT\_MULT}_{\mathrm{стар}} \times \dfrac{U_{\mathrm{мультиметра}}}{U_{\mathrm{показанное}}} \)

Калибровка тока

Параметр BATT_AMP_PERVLT — сколько ампер соответствует одному вольту на выходе датчика тока.

Описание параметра в CONFIG → Full Parameter List. Единицы измерения — A/V. Значение 17 подходит и для 3DR Power Brick, и для 3DR 4in1 ESC. Для датчиков Synthetic это не коэффициент, а максимальный ток на полном газу

Способ с прибором. Если есть токовые клещи или ваттметр: снимите винты, заармируйте аппарат, дайте моторам постоянные обороты, измерьте ток прибором и введите его в поле 4. Measured current. Программа пересчитает поле 6.

Способ без прибора. Работает у всех, кто заряжает батареи зарядным устройством с индикацией залитой ёмкости:

1. Полностью зарядите батарею.
2. Полетайте до заметного расхода — половина ёмкости и больше.
3. Запишите потребление, которое показал автопилот (поле Current Consumed или Battery Remaining).
4. Зарядите батарею и запишите, сколько мА·ч фактически влило зарядное устройство.
5. Скорректируйте коэффициент в пропорции.

\( \mathrm{BATT\_AMP\_PERVLT}_{\mathrm{нов}} = \mathrm{BATT\_AMP\_PERVLT}_{\mathrm{стар}} \times \dfrac{C_{\mathrm{реальная}}}{C_{\mathrm{показанная}}} \)

Здесь \( C_{\mathrm{реальная}} \) — залитая зарядным устройством ёмкость, \( C_{\mathrm{показанная}} \) — учтённая автопилотом. Одной итерации обычно достаточно; при желании повторите.

4. Пороги и failsafe по батарее

Калибровка нужна не сама по себе, а ради этого раздела: автопилот должен вовремя заметить разряд и принять меры.

Два уровня тревоги

Предусмотрено два независимых порога, каждый со своим действием. Обычно на низкий уровень назначают возврат, на критический — посадку на месте.

Порог низкого заряда. Ключевое слово в описании — «непрерывно»: короткий провал напряжения не считается, отсчёт идёт по таймеру BATT_LOW_TIMER

Действия для ArduCopter (BATT_FS_LOW_ACT и BATT_FS_CRT_ACT):

Компенсация просадки напряжения

Под нагрузкой напряжение падает на внутреннем сопротивлении батареи. На пике тяги провал достигает целого вольта и больше, а при возврате к висению напряжение восстанавливается. Если сравнивать порог с мгновенным напряжением, failsafe сработает на первом же энергичном манёвре при вполне живой батарее.

Параметр BATT_FS_VOLTSRC определяет, какое напряжение сравнивать с порогом: мгновенное (0: Raw Voltage) или скорректированное на просадку (1: Sag Compensated)

Оценка напряжения покоя выглядит так:

\( U_{\mathrm{покоя}} = U_{\mathrm{изм}} + I \times R_{\mathrm{внутр}} \)

Сопротивление \( R_{\mathrm{внутр}} \) автопилот определяет сам в полёте — задавать его не нужно. Именно поэтому компенсация требует работающего датчика тока: без измерения \( I \) поправку вычислить не из чего.

Запрет армирования по заряду

Две проверки не дают взлететь с недозаряженной батареей:

• BATT_ARM_VOLT — минимальное напряжение для армирования, В. Ноль отключает проверку.
• BATT_ARM_MAH — минимальный остаток заряда, мА·ч.

5. Проверка перед первым полётом

Сводная таблица того, что должно быть в норме после всех калибровок Модуля 2.

6. Практика

Задания выполняются в симуляторе SITL и не требуют реального аппарата. Напряжение батареи в симуляторе задаётся параметром SIM_BATT_VOLTAGE — это позволяет проверить пороги, ничего не разряжая.

7. Проверьте себя

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

1. Как правильно откалибровать датчик тока, не имея ваттметра?
2. Что делает BATT_FS_VOLTSRC = 1 и какую проблему это решает?
3. Зачем нужен BATT_LOW_TIMER и что произойдёт, если задать его равным нулю?
4. Почему проверку BATT_ARM_MAH нельзя использовать без BATT_ARM_VOLT?
5. Для чего служат поля Sensor и HW Ver, если сами они параметрами не являются?

8. Чек-лист самопроверки

Урок освоен, если каждый пункт выполнен на практике:

• Тип монитора выбран верно, после смены выполнена перезагрузка
• Напряжение совпадает с мультиметром в пределах 0,1 В
• Ток при работающих моторах правдоподобен, при выключенных — около нуля
• Рабочая ёмкость введена в BATT_CAPACITY с запасом на 20 %
• Заданы пороги BATT_LOW_VOLT и BATT_CRT_VOLT, назначены действия
• Включена компенсация просадки BATT_FS_VOLTSRC = 1
• Задан BATT_ARM_VOLT, взлёт с разряженной батареей невозможен
• Все пункты сводной таблицы проверок пройдены

9. Что дальше

• Предыдущий урок: 11. Калибровка радиоуправления и регуляторов оборотов
• Следующий урок: 13. Режимы полёта мультиротора
• Полный перечень тем: Содержание курса