Режимы самолёта и наземных аппаратов, настройка переключателя #14

Mission Planner для технического персонала · Урок 14 из 43 · Модуль 2. Ввод аппарата в эксплуатацию

Режимы ArduPlane и Rover, распределение шести позиций тумблера и условия, при которых автопилот откажет в переходе в режим.

Первая позиция переключателя — всегда режим, работающий без GPS. Иначе при отказе навигации вы переключитесь туда, куда автопилот не пустит.

Содержание

1. Цели урока
- Перейти к разделу
2. Режимы ArduPlane
3. Режимы Rover
- Чем наземный аппарат отличается принципиально
4. Настройка переключателя режимов
5. Условия перехода в режим
- Почему отказывает AUTO
- Диагностика отказа
6. Практика
- Перейти к разделу
7. Проверьте себя
- Перейти к разделу
8. Чек-лист самопроверки
- Перейти к разделу
9. Что дальше
- Перейти к разделу

1. Цели урока

После этого урока вы будете понимать:

основные режимы ArduPlane, включая QuadPlane, и чем FBWA отличается от FBWB и CRUISE;
режимы наземных аппаратов и катеров и в чём их принципиальное отличие от летающих;
каким каналом и какими параметрами задаётся переключатель — и что они называются по-разному в Plane, Copter и Rover;
как получить шесть позиций из двух тумблеров;
как распределить позиции под задачу;
почему автопилот отказывает в переходе в режим и как найти причину.

↑ К оглавлению

2. Режимы ArduPlane

У самолёта, в отличие от мультиротора, есть минимальная скорость: он не может «зависнуть» и подождать. Поэтому режимы строятся вокруг удержания скорости и высоты, а не точки в пространстве.

Ручные и стабилизированные режимы

Режим	№	Поведение
MANUAL	0	Прямая передача стиков на поверхности, автопилот не вмешивается вообще
STABILIZE	2	При отпускании стиков возвращает аппарат в горизонтальный полёт
TRAINING	3	Учебный: ручное управление, но автопилот не даёт превысить предельные углы
ACRO	4	Управление угловыми скоростями, удерживает заданное положение
FBWA	5	Fly By Wire A: стик задаёт угол крена и тангажа, газ ручной
FBWB	6	Fly By Wire B: стик задаёт вертикальную скорость, автопилот держит высоту и скорость
CRUISE	7	Как FBWB, но дополнительно удерживает путевой курс с учётом сноса
AUTOTUNE	8	Автоматический подбор коэффициентов в полёте

FBWA — рабочая лошадка самолётчика: Начинайте облёт нового самолёта в FBWA, а не в MANUAL. Автопилот ограничит углы параметрами ROLL_LIMIT_DEG и PTCH_LIM_MAX_DEG / PTCH_LIM_MIN_DEG и не даст свалить аппарат в первые секунды. Проверка в MANUAL нужна, но после того, как убедились, что поверхности отклоняются в правильную сторону.

Имена лимитов изменились: В прошивках до 4.6 углы задавались параметрами LIM_ROLL_CD, LIM_PITCH_MAX, LIM_PITCH_MIN в сотых долях градуса. В современных версиях это ROLL_LIMIT_DEG, PTCH_LIM_MAX_DEG, PTCH_LIM_MIN_DEG в градусах. При переносе значений вручную делите на 100: \( 4500\;\mathrm{cdeg} \Rightarrow 45^\circ \).

Параметры ограничения углов ROLL_LIMIT_DEG, PTCH_LIM_MAX_DEG и PTCH_LIM_MIN_DEG в градусах

Автоматические режимы

Режим	№	Поведение
CIRCLE	1	Пологие круги. Используется автоматикой при отказах, а не пилотом
AUTO	10	Выполнение загруженной миссии
RTL	11	Возврат домой на высоте `RTL_ALTITUDE` (в метрах над точкой дома; −1 — сохранять текущую высоту)
LOITER	12	Круги вокруг точки на заданной высоте
TAKEOFF	13	Автоматический взлёт с набором до заданной высоты
GUIDED	15	Полёт в точку, указанную наземной станцией
THERMAL	24	Поиск и обработка восходящего потока, для планеров
AUTOLAND	26	Автоматический заход на посадку

LOITER у самолёта — это не висение: Мультиротор в LOITER стоит на месте, самолёт же нарезает круги вокруг точки: остановиться он не может. Радиус задаётся параметром WP_LOITER_RAD в метрах. Отрицательное значение меняет направление облёта на против часовой стрелки. Отдельно существует RTL_RADIUS — радиус круга в режиме RTL: если он равен нулю, используется WP_LOITER_RAD. Если радиус задан слишком малым, фактический круг всё равно ограничится предельным креном ROLL_LIMIT_DEG.

Параметры WP_LOITER_RAD и RTL_RADIUS, радиус в метрах

Режимы QuadPlane

Мультироторные режимы включаются параметром Q_ENABLE = 1 в CONFIG → Full Parameter List. Параметр требует перезагрузки автопилота: до неё Q-режимы не появятся.

Параметр Q_ENABLE со значением 1. Колонка Desc поясняет: мультироторные моторы должны начинаться с выхода 5, а значение 2 дополнительно включает вертикальный взлёт при старте миссии в AUTO

Где увидеть появившиеся режимы: Список доступных режимов не «где-то в отдельном месте» — он привязан к параметрам переключателя. После перезагрузки откройте CONFIG → Full Parameter List, найдите FLTMODE1 и раскройте колонку Options: там перечислены все режимы с номерами, и Q-режимы (17 — QSTABILIZE, 18 — QHOVER, 19 — QLOITER, 20 — QLAND, 21 — QRTL, 22 — QAUTOTUNE, 23 — QACRO, 25 — Loiter to QLand) появятся в этом же списке. То же самое видно в выпадающих списках экрана SETUP → Mandatory Hardware → Flight Modes. Это и есть достоверный источник для вашей версии прошивки — надёжнее любой таблицы в учебнике.

Проверить, что QuadPlane действительно включился: Отфильтруйте параметры по маске Q_ — при Q_ENABLE = 0 группа почти пуста, после включения и перезагрузки появляются десятки параметров: Q_A_* (контуры углов), Q_P_* (позиционные), Q_M_* (моторы), Q_WP_* (навигация), а также подгруппы Q_TILT_ для тилтроторов и Q_TAILSIT_ для тейлситтеров. Если после записи параметра список Q_ не изменился — перезагрузка не выполнена.

Режим	№	Аналог у мультиротора
QSTABILIZE	17	STABILIZE
QHOVER	18	ALT_HOLD
QLOITER	19	LOITER
QLAND	20	LAND
QRTL	21	RTL с вертикальной посадкой
QAUTOTUNE	22	AUTOTUNE мультироторной части
QACRO	23	ACRO

Чем FBWA отличается от FBWB и CRUISE

Эти три режима путают чаще всего. Разница в том, какую величину задаёт стик — тот же принцип, что в уроке 13.

Что происходит, если отпустить стики. Верхний ряд — вид сбоку: в FBWA высота уходит, в FBWB и CRUISE удерживается. Нижний ряд — вид сверху при боковом ветре: сносит в FBWA и FBWB, и только CRUISE держит линию пути

Признак	FBWA	FBWB	CRUISE
Стик тангажа задаёт	Угол тангажа	Вертикальную скорость	Вертикальную скорость
Высота при нейтральном стике	Не удерживается	Удерживается	Удерживается
Газ	Ручной	Автоматический	Автоматический
Курс при нейтральном стике	Не удерживается, сносит ветром	Не удерживается	Удерживается с учётом сноса
Когда применять	Облёт, ручной полёт с подстраховкой	Длительный полёт по прямой	Дальний перелёт «по линии»

Практическое следствие: В FBWA отпущенные стики означают «лети ровно», но аппарат постепенно потеряет или наберёт высоту и уйдёт по ветру. В CRUISE отпущенные стики означают «держи эту линию и эту высоту» — аппарат сам парирует снос. Для дальнего перелёта CRUISE удобнее и экономичнее.

Как CRUISE «подхватывает» направление: Курс фиксируется не сразу. Автопилот ждёт, пока стики крена и руддера простоят в нейтрали полсекунды, и только тогда запоминает текущий путевой курс по GPS и начинает держать его как линию, отодвигая цель на километр вперёд. Для фиксации нужны решение GPS не хуже 2D и путевая скорость не менее 5 м/с. Любое движение стика крена или руддера сбрасывает фиксацию, а после возврата стиков в нейтраль курс запоминается заново — уже новый. Отсюда характерное ощущение: чуть довернул, отпустил — и аппарат пошёл по новой линии.

↑ К оглавлению

3. Режимы Rover

Режим	№	Поведение
MANUAL	0	Прямая передача стиков на приводы
ACRO	1	Стик задаёт угловую скорость поворота, автопилот её выдерживает
STEERING	3	Автопилот удерживает заданный курс и ограничивает боковое ускорение
HOLD	4	Немедленная остановка
LOITER	5	Удержание точки — для катеров, которые сносит течением
FOLLOW	6	Следование за подвижной целью
SIMPLE	7	Управление в системе координат оператора, а не машины
DOCK	8	Автоматическая стыковка со станцией зарядки
CIRCLE	9	Движение по окружности вокруг точки
AUTO	10	Движение по загруженному маршруту
RTL	11	Возврат к точке старта
SMART_RTL	12	Возврат по пройденному пути
GUIDED	15	Движение в указанную наземной станцией точку

Чем наземный аппарат отличается принципиально

Может остановиться и стоять. Отсюда режим HOLD, которого нет у самолёта: аппарат просто замирает и ждёт.
Не падает при отказе. Failsafe у Rover мягче: действие задаётся параметром FS_ACTION — 0 (ничего), 1 (RTL), 2 (Hold), 3 (SmartRTL или RTL), 4 (SmartRTL или Hold), 5 (Terminate), 6 (Loiter или Hold). Значение по умолчанию — остановка, а не возврат.
Ограничение по сцеплению, а не по тяге. Скорость в поворотах ограничивается параметром TURN_MAX_G: слишком резкий поворот на скорости опрокинет машину или сорвёт её в занос.
Катер — это Rover. Отдельной прошивки нет, тип задаётся параметром FRAME_CLASS = 2 (Boat) из урока 9. Для катера включается LOITER, потому что удержать точку течением непросто.

Режим SIMPLE: Стик «вперёд» означает «двигайся на север», независимо от того, куда смотрит машина. Удобно, когда аппарат далеко и непонятно, где у него перёд. Требует работающего компаса и GPS.

↑ К оглавлению

4. Настройка переключателя режимов

SETUP → Mandatory Hardware → Flight Modes. Экран показывает шесть строк, текущее положение тумблера подсвечивается зелёным.

Какой канал и какие параметры

Параметры называются по-разному в трёх прошивках: Это источник постоянной путаницы при переходе с мультиротора на самолёт или машину. Имена и канал по умолчанию не совпадают.

Прошивка	Канал	Канал по умолчанию	Параметры позиций
ArduCopter	`FLTMODE_CH`	5	`FLTMODE1`…`FLTMODE6`
ArduPlane	`FLTMODE_CH`	8	`FLTMODE1`…`FLTMODE6`
Rover	`MODE_CH`	8	`MODE1`…`MODE6`

Для Plane и Rover канал можно назначить только из диапазона 5–8 — прошивка не примет другое значение. Значение 0 полностью отключает переключение режимов тумблером.

Шесть окон по ШИМ

Прошивка делит диапазон импульса выбранного канала на шесть окон. Границы одинаковы для всех трёх прошивок:

Позиция	Диапазон ШИМ, мкс	Copter / Plane	Rover
1	≤ 1230	`FLTMODE1`	`MODE1`
2	1231–1360	`FLTMODE2`	`MODE2`
3	1361–1490	`FLTMODE3`	`MODE3`
4	1491–1620	`FLTMODE4`	`MODE4`
5	1621–1749	`FLTMODE5`	`MODE5`
6	≥ 1750	`FLTMODE6`	`MODE6`

Защита от дребезга: Смена позиции засчитывается не мгновенно: прошивка требует, чтобы новое значение продержалось устойчиво. Поэтому проскок через промежуточное окно при быстром переключении тумблера обычно не приводит к кратковременному входу в чужой режим. Кроме того, значения на краях диапазона считаются ошибкой связи, а не позицией 1 или 6.

Как получить шесть позиций

Трёхпозиционный тумблер даёт три позиции. Шесть получают комбинацией двух тумблеров через микшер в передатчике.

Типовая схема в EdgeTX: основной трёхпозиционный тумблер задаёт крупные ступени, второй двухпозиционный сдвигает значение внутри ступени. В микшере канала складываются два источника с разными весами — например, вес 100 % от первого и 25 % от второго. Проверить результат удобно на экране Channel Monitor пульта: последовательно перещёлкивая оба тумблера, вы должны увидеть шесть различимых уровней.

Проверяйте по экрану Flight Modes, а не по расчётам: Не нужно вычислять веса микшеров на бумаге. Подключите аппарат, откройте SETUP → Mandatory Hardware → Flight Modes и щёлкайте тумблерами: подсветка покажет, в какую именно строку попадает каждая комбинация. Если какая-то позиция недостижима — правьте веса в передатчике.

Позиция	Режим	Зачем
1	STABILIZE	Базовый, доступен всегда
2	ALT_HOLD	Снимает нагрузку по газу
3	LOITER	Рабочий режим
4	AUTO	Миссия
5	RTL	Возврат
6	LAND	Посадка на месте

Позиция	Режим	Зачем
1	FBWA	Основной режим облёта, углы ограничены
2	MANUAL	Проверка поверхностей, аварийный ручной
3	CRUISE	Перелёт по прямой
4	AUTO	Миссия
5	LOITER	Круги над точкой, пауза для размышления
6	RTL	Возврат

Позиция	Режим	Зачем
1	MANUAL	Базовый, доступен всегда
2	STEERING	Удержание курса
3	HOLD	Немедленная остановка
4	AUTO	Маршрут
5	SMART_RTL	Возврат по своему следу
6	RTL	Возврат напрямую

5. Условия перехода в режим

Автопилот проверяет, выполнимы ли требования режима, и может отказать в переходе. Тумблер при этом остаётся в новом положении, а аппарат продолжает лететь в прежнем режиме — ситуация, которая в воздухе сбивает с толку.

Режим	Что требуется
LOITER, GUIDED, RTL, SMART_RTL, CIRCLE	Валидное решение по положению от EKF: работающий GPS и согласованный компас
AUTO	То же плюс загруженная миссия минимум с одним пунктом
SMART_RTL	Непереполненный буфер точек трека
STABILIZE, ALT_HOLD, MANUAL, FBWA, ACRO	Ничего сверх исправных гироскопов и акселерометров

Почему отказывает AUTO

Самый частый отказ на практике. Причины по убыванию частоты:

Миссия не загружена. Прошивка сообщит, что аппарат в AUTO без запущенной миссии.
Первая команда не TAKEOFF. При взлёте с земли миссия обязана начинаться командой взлёта, иначе автопилот не поймёт, как оторваться.
Нет решения по положению. Мало спутников, высокий HDOP или расхождение компаса с курсом по GPS.
Для QuadPlane при некоторых настройках требуется точка взлёта в миссии — иначе будет сообщение «Takeoff waypoint required».

Диагностика отказа

Порядок действий, когда режим не включается:

Откройте DATA → Messages. Прошивка почти всегда пишет причину текстом.
Проверьте в HUD число спутников и признак фиксации. Для режимов с навигацией нужен 3D Fix.
Убедитесь, что тумблер действительно попал в нужное окно: SETUP → Mandatory Hardware → Flight Modes, нужная строка должна подсветиться.
Если подсвечивается не та строка — проблема в микшере передатчика или в калибровке канала, а не в режиме.
Для AUTO — откройте PLAN и проверьте, что миссия загружена в аппарат, а не только нарисована на карте.

Смена режима сбрасывает часть состояний: При входе в новый режим прошивка обнуляет накопленные признаки: отменяет перевёрнутый полёт, сбрасывает удержание курса, снимает флаг обнаружения удара, сбрасывает состояние AUTOTUNE, если вы вышли из него. Поэтому «перещёлкнуть режим туда-обратно» — рабочий приём при странном поведении, но он же стирает контекст, который мог бы пригодиться для разбора.

↑ К оглавлению

6. Практика

Задания выполняются в симуляторе SITL. Для самолёта запускайте SITL с прошивкой ArduPlane, для машины — Rover. Смена режима — командой mode ИМЯ в консоли MAVProxy; сам MAVProxy и его команды подробно разобраны в уроке 16.