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标题: APM 定高模式下，容易受风影响的优化。[INav_TC_Z] [打印本页]

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作者: skypup    时间: 2018-6-4 17:49
标题: APM 定高模式下，容易受风影响的优化。[INav_TC_Z]


APM 的定高（在 AltHold、Loiter、PosHold 模式下）有个不好的体验，可能比玩具飞机的体验还差：
当悬停在一个位置时，突然一阵风吹过，飞机会明显掉高，突风比较大的时候，可以掉 1-2米，如果这时正在很低的高度悬停，有可能会直接接触到地面。
当做机动的时候，飞机会掉高，再快速刹住并悬停，这时飞机会快速上升。

github  上面有贴子进行了讨论，供参考:
github.com/ArduPilot/ardupilot/issues/1277
是因为伯努利原理，气压发生了变化，气压计的读数也会相应改变。
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先针对小白，直接说结论：

1 控制住飞机的振动，例如：X、Y、Z 都在 ±1 以内，可以加减震解决。
2 气压计周围用黑色海棉填充。
3 把 INav_TC_Z 参数，从默认值 5，逐步增加到 10. 如果第一步振动未控制好，增加到一定数值后，飞机会抽的，这时就不要更加大了。4 ANGLE_MAX 参数，如果是默认值 4500，改为 3000.

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如果不是小白，可以看一看具体的解释：

1 振动的控制。
首先，飞控需要一个靠谱的供电。例如这样：
一般是用 BEC 或者电流计供电，日志中，飞控的电压最大值与最小值之间不要超过 100mV 的。超过 100mV 的，就把 BEC 或者电流计给扔了吧。
10 元不到的国产 DC-DC 都可以做到。

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然后，IMU 或者飞控，需要做好减振。
我比较懒，没有去做桨和电机的平衡，最省事的方法是直接用减震棉一贴，就凑合了。
但是，如果想钉钉子那样稳，机架、电机、桨平衡这些细节肯定要处理好。
定高与主要与 Z 轴有关系：
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X 与 Y 轴的振动，也需要控制好：
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2 气压计用黑色海棉填充。
例如这样，3D 打印个壳：
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黑色：
为了避免阳光或其它光线对气压计的影响。一个不透光的外壳是需要的，再用上黑色的海棉进一步减小光线的影响。

海棉：
因为大家都这样做，海棉还可以压缩的很薄，使用方便。

填充：
在最上面鬼佬们讨论的贴子里，他们提到的方法是填充，而不是仅仅压住气压计。

3 对 INav_TC_Z 参数的调整。这一步很重要，否则达不到效果。
请尽可能的把 INav_TC_Z 调整到 10，而飞机不会有忽上忽下抽风的感觉。控制好振动就没问题了。
默认值是 5，数值越大，气压计的数据对定高的影响越缓慢。
每次增加 1，可以感觉到定高的效果会有变化，当从 5 增加到 7  的时候，已经能感觉到受风的影响掉高的问题已明显改善。做机动飞行时，高度变化的问题也明显改善。
当从 7 增加到 10 之后，能感觉到效果进一步的改善。


4 限制姿态角度，变相降低飞行速度，减小风的影响。
ANGLE_MAX 参数，默认值 4500（允许飞机倾斜45度角），改为 3000（最大倾斜角度是 30 度）. 这样，摇杆打到底，就没那么暴力了，也就不会飞的那么快，气流变化也就没那么大。

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以下内容，适合喜欢深究原理的模友。

INav_TC_Z  是这样影响飞控的：libraries\AP_InertialNav\AP_InertialNav.cpp 文件中，INav_TC_Z 的值，被保存在：_time_constant_z 这个变量中。

    AP_GROUPINFO("TC_Z",    2, AP_InertialNav, _time_constant_z, AP_INTERTIALNAV_TC_Z),

_time_constant_z 的作用是：
生成 _k1_z, _k2_z, _k3_z 这3个参数，_time_constant_z 是分母，所以 INav_TC_Z 越大，这3个参数越小。

    // Z axis time constant
    if (_time_constant_z == 0.0f) {
        _k1_z = _k2_z = _k3_z = 0.0f;
    }else{
        _k1_z = 3.0f / _time_constant_z;
        _k2_z = 3.0f / (_time_constant_z*_time_constant_z);
        _k3_z = 1.0f / (_time_constant_z*_time_constant_z*_time_constant_z);
    }

而在 void AP_InertialNav::update(float dt) 函数中，有这样3句代码，用到变量。

    accel_correction_hbf.z += _position_error.z * _k3_z  * dt;

....
    _velocity.z += _position_error.z * _k2_z  * dt;

....
    _position_correction.z += _position_error.z * _k1_z  * dt;

其中的 _position_error.z 是在 void AP_InertialNav::correct_with_baro(float baro_alt, float dt) 被赋值：

            // calculate error in position from baro with our estimate
            _position_error.z = baro_alt - (hist_position_base_z + _position_correction.z);

这个 baro_alt 看字面意思，就是气压计相关的，它的值由 _baro.get_altitude() 确定：

        correct_with_baro(_baro.get_altitude()*100.0f, dt);

在 libraries\AP_Baro\AP_Baro.cpp 中，有 get_altitude 的实现：

float AP_Baro::get_altitude(void)
{
    if (_ground_pressure == 0) {
        // called before initialisation
        return 0;
    }

    if (_last_altitude_t == _last_update) {
        // no new information
        return _altitude + _alt_offset;
    }

    float pressure = get_pressure();
    float alt = get_altitude_difference(_ground_pressure, pressure);

    // record that we have consumed latest data
    _last_altitude_t = _last_update;

    // sanity check altitude
    if (isnan(alt) || isinf(alt)) {
        _flags.alt_ok = false;
    } else {
        _altitude = alt;
        _flags.alt_ok = true;
    }

    // ensure the climb rate filter is updated
    _climb_rate_filter.update(_altitude, _last_update);

    return _altitude + _alt_offset;
}

其中 _alt_offset 这个值，保存在参数 GND_ALT_OFFSET.

isnan() 与 isinf() 是 Arduino 的原生函数，用来判断数据是否合法。


_climb_rate_filter 只是滤波，在文件夹：libraries\Filter


一个关键的原始数据，get_pressure() 是在传感器里定义的，如 AP_Baro_MS5611.cpp

float AP_Baro_MS5611::get_pressure()
{
    return Press;
}

这个 Press 的计算，就在 void AP_Baro_MS5611::_calculate() 中，只是传感器原始数据的读取与解算，这里就不贴出来了。

根据对代码的解读，可以判断 INav_TC_Z 的值越大，气压计对定高的影响越缓慢。


当长时间机动飞机之后，突然刹车，飞机仍会慢慢爬升 2 米左右。因为 INav_TC_Z 只是减缓了气压计对定高的影响而已。
长时间的机动飞行，受伯努利原理的影响，气压计的读数会一直偏小（动压增加、静压减小）；当刹住之后，动压基本消失、静压增加，使得气压计读数判断高度减小了。这个误差，会缓慢影响到飞机高度的解算，所以我们看到飞机会爬升1-2米。
有的玩具飞控，这个高度能控制在 0.5米或者更小，我想他们应当是用了一些算法来补偿，但是这几款飞控经常发疯伤人，不知道与这类补偿算法考虑的不周全是否有关系。
想幸灾乐祸，看别人炸机伤人、一键放生、一键返厂的，可以关注网站: kanzhaji点com （看炸机），也就是之前的 sb-dji.





借贴子问一问，对这方面比较熟悉的模友：大家都在用哪种气压计，又便宜，定高效果又好的?

我目前的测试结果是 MS5611 与 MS5607 区别看不出，但是 BMP280 初步测试比 MS5607 的效果差好多。
所以，我用的是 MS5607，感觉还是很贵。想找个便宜，而且定高效果好的，造福模友。

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作者: Yliangding    时间: 2018-6-4 18:21
楼主得到的结论,
是因为气压传感计得到的数据计算出的高度不对?

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作者: skypup    时间: 2018-6-4 18:30

Yliangding 发表于 2018-6-4 18:21
楼主得到的结论,
是因为气压传感计得到的数据计算出的高度不对?

气压计自身是没问题的，是因为伯努利原理造成的。

气压分布，可以参考最上面从鬼佬贴子转来的图。

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作者: 连恩    时间: 2018-6-4 18:40
pix适用不？

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作者: skypup    时间: 2018-6-4 18:41

连恩 发表于 2018-6-4 18:40
pix适用不？

关于振动的控制，气压计填充海棉，这2个对于 Pix 也是需要的。

高版本的固件中，没有 INav_TC_Z 这个参数。
Pix 固件，如果是 3.4.3 或以上版本，似乎已经解决这个问题。我们 Pix 的飞机，感觉定高还算稳，就没有深究定高的问题了。

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作者: 连恩    时间: 2018-6-4 18:47
感觉pix在飞的时候还是会有掉我高度的情况。有风的时候控制精准度还会变差。

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作者: Yliangding    时间: 2018-6-4 19:32

skypup 发表于 2018-6-4 18:30
气压计自身是没问题的，是因为伯努利原理造成的。

气压分布，可以参考最上面从鬼佬贴子转来的图。

风吹了一下，应该是气压变低。相对于是更高的高度，这时候飞控以为飞机跳高了，就应该降低高度。这时候就掉高度了。是这样的吗？

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作者: skypup    时间: 2018-6-5 01:19

Yliangding 发表于 2018-6-4 19:32
风吹了一下，应该是气压变低。相对于是更高的高度，这时候飞控以为飞机跳高了，就应该降低高度。这时候就 ...

是的, 我也认为掉高是这个原因。

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作者: Yliangding    时间: 2018-6-5 01:25

skypup 发表于 2018-6-5 01:19
是的, 我也认为掉高是这个原因。

猜中了

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作者: 寂寞菩提    时间: 2018-6-6 01:31
受教了

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作者: 赵刚    时间: 2018-6-11 09:15
技术贴 学习了

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作者: ezk    时间: 2018-6-20 00:27
用lidar啊 100多米高度都没问题 别用不靠谱的气压计了

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作者: skypup    时间: 2018-6-20 08:22

ezk 发表于 2018-6-20 00:27
用lidar啊 100多米高度都没问题 别用不靠谱的气压计了

Lidar One 要 1000+ CNY 而且最可气的是，原厂的工程师说：“我们就是要卖这么贵，因为你找不到可以与我们竞争的产品；如果你找到了与我们性能相当的，请一定告诉我们，到时我们会降价的。”（意译）
一个气压计才几元钱。

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