Режимы полёта мультиротора #13

1. Цели урока

После этого урока вы будете понимать:

• какую физическую величину задаёт стик в каждом режиме;
• какие режимы работают без GPS, а какие требуют навигационного решения;
• точную разницу между LOITER и POSHOLD — не «на ощущениях», а по механике управления;
• что такое компенсация ветра в POSHOLD и почему её нет в описаниях;
• когда SMART_RTL безопаснее обычного RTL;
• назначение служебных режимов BRAKE, LAND и AUTOTUNE.

2. Что такое режим полёта

Режим полёта — это набор правил, определяющих, как автопилот интерпретирует положение стиков и какие контуры управления задействует. Смена режима не меняет настройки PID и не влияет на калибровки: она переключает верхний уровень логики.

Главный вопрос: что задаёт стик

Чтобы не запоминать режимы списком, задайте себе один вопрос: какую величину задаёт отклонение стика? Ответ полностью определяет поведение аппарата.

Режимы сгруппированы по тому, какую величину задаёт стик. POSHOLD стоит в одной колонке со STABILIZE, потому что стик здесь задаёт угол наклона, а не скорость, как в LOITER

Три уровня управления

Внутри автопилота команда проходит через вложенные контуры. Режим определяет, на каком уровне в эту цепочку вклинивается человек:

1. Контур угловых скоростей — самый быстрый и работает всегда. Сюда попадают команды ACRO.
2. Контур углов — надстройка над первым. Сюда подают STABILIZE, ALT_HOLD, POSHOLD.
3. Контур положения и скорости — требует навигационного решения EKF. Сюда подают LOITER, AUTO, RTL.

Чем выше уровень, тем больше датчиков задействовано и тем больше способов получить отказ в активации. Поэтому диагностику всегда начинают снизу (с первого контура).

3. Режимы без GPS

Эти режимы работают на показаниях гироскопов, акселерометров и барометра. Спутники им не нужны, поэтому они остаются доступны при отказе навигации.

4. LOITER и POSHOLD: в чём разница

Оба режима удерживают точку и высоту, оба требуют GPS. Разница не в «ощущениях», а в том, куда попадает сигнал вашего стика.

Как работает LOITER

Отклонение стика преобразуется в желаемое ускорение, которое передаётся контроллеру положения. Дальше всем управляет контроллер: он сам решает, под каким углом наклонить аппарат, чтобы выдержать заданную скорость.

• Пилот управляет скоростью, а не наклоном. Отклонили стик наполовину — аппарат летит с половиной максимальной скорости и держит её.
• Скорость ограничена параметром LOIT_SPEED (в 4.7+ LOIT_SPEED_MS, в м/с вместо см/с).
• При отпускании стика включается активное торможение: контроллер наклоняет аппарат против движения, гасит скорость до нуля и фиксирует точку.
• Ветер компенсируется автоматически, потому что контроллер видит смещение по GPS и парирует его.

Ощущение «как на рельсах»: аппарат движется ровно, останавливается предсказуемо, но реагирует чуть отстранённо — между стиком и наклоном стоит контур навигации.

Как работает POSHOLD

Отклонение стика задаёт угол наклона напрямую — точно так же, как в STABILIZE. Контроллер положения в этот момент вообще не участвует в управлении.

В комментарии к исходному коду режима это сформулировано так: PosHold пытается улучшить обычный loiter, смешивая ввод пилота с контроллером удержания. Механика смешивания — конечный автомат из пяти состояний, причём крен и тангаж живут в нём независимо друг от друга:

Обратный переход тоже сглажен: когда пилот вновь трогает стик, режим уходит в CONTROLLER_TO_PILOT_OVERRIDE и за 0,5 с плавно передаёт управление от автопилота пилоту, чтобы не было рывка.

Угол торможения ограничен параметром PHLD_BRAKE_ANGLE (в 4.7+ PHLD_BRK_ANGLE), скорость возврата к горизонту — PHLD_BRAKE_RATE (в 4.7+ PHLD_BRK_RATE).

Прямое сравнение

Компенсация ветра в POSHOLD

Особенность, которой нет в LOITER и о которой обычно не пишут. Пока аппарат стоит в режиме удержания, POSHOLD запоминает, какой наклон требуется для противодействия ветру.

• Оценка начинается через 1,5 с после входа в удержание и обновляется, только когда аппарат почти неподвижен.
• Запомненный «ветровой» угол затем прибавляется к углу, который задаёт пилот, и к углу торможения.
• Величина ограничена двумя третями максимального угла наклона — чтобы пилот всегда мог перебороть автоматику.

Практический эффект: при полёте против ветра аппарат в POSHOLD ведёт себя ровнее, чем в STABILIZE, потому что поправка на снос уже заложена в управление. При смене режима или посадке оценка сбрасывается.

Что выбрать на практике

5. Остальные режимы с GPS

RTL и SMART_RTL

Разница принципиальная и напрямую влияет на безопасность.

• RTL набирает заданную высоту и идёт по прямой к точке старта. Если между аппаратом и домом здание, мачта или деревья, он полетит сквозь них.
• SMART_RTL ведёт аппарат обратно по пройденному пути — по упрощённому треку, который прошивка записывала в полёте. Маршрут заведомо свободен, ведь аппарат уже пролетал там.

6. Служебные режимы

Плакат-справочник по всем режимам: как работает, когда применять, сводная таблица «GPS / удержание позиции / удержание высоты». Панель MANUAL относится к самолётам и наземным аппаратам — в ArduCopter такого режима нет, его аналог по смыслу это ACRO.

7. Практика

Задания выполняются в симуляторе SITL. Смена режима — командой mode ИМЯ в консоли MAVProxy или на карте в Mission Planner. Сам MAVProxy и его команды подробно разобраны в уроке 16.

8. Проверьте себя

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

1. Почему STABILIZE считают эталоном при диагностике и что означает плохое поведение именно в нём?
2. Какую величину задаёт стик в LOITER и какую в POSHOLD? Назовите три практических следствия этой разницы.
3. Что такое компенсация ветра в POSHOLD, когда она обновляется и чем ограничена?
4. Чем SMART_RTL отличается от RTL и в какой ситуации SMART_RTL может оказаться недоступен?
5. Чем STABILIZE отличается от ALT_HOLD и какая новая точка отказа появляется в ALT_HOLD?

9. Чек-лист самопроверки

Урок освоен, если каждый пункт выполнен на практике:

• Для любого режима могу сказать, какую величину задаёт стик
• Разница LOITER и POSHOLD объясняется через механику, а не через ощущения
• Проверено в SITL: в POSHOLD оси крена и тангажа работают независимо
• Известно, какие режимы останутся доступны при отказе GPS
• Понятно, когда SMART_RTL безопаснее RTL и когда он недоступен
• На тумблер назначен BRAKE или другой режим быстрой остановки

10. Что дальше

• Предыдущий урок: 12. Монитор батареи и итоговая проверка перед полётом
• Следующий урок: 14. Режимы самолёта и наземных аппаратов, настройка переключателя
• Полный перечень тем: Содержание курса