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标题: 电机KV值不一致对多轴飞行器的影响及应对策略 [打印本页]

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作者: 一丁    时间: 2014-5-4 23:27
标题: 电机KV值不一致对多轴飞行器的影响及应对策略


    这段日子，模友们常把我之前的一个老贴给顶了起来，作为一个玩多轴的老手（绝对不是高手，只是玩得久一点而已），也没给新手们什么帮助，觉得有愧。今晚抽空写一个小技巧贴吧，供新手参考。
    这个贴来说说电机KV值不一致对多轴飞行器的一些影响及应对办法。
    首先说一下电机KV值不一致的问题，电机KV值一致性好只是相对而言，同一品牌同一型号同一批次的电机，KV值不可能绝对一致，这是客观存在的事实。
    在阐述这个问题之前，先说说多轴飞行器的反扭力与多轴飞行器转向之间的关系。电机带动螺旋桨旋转，会产生与电机轴方向一致（我们称为轴向）的拉力，而且转速越快拉力越大，这个大家都知道。但电机在带动螺旋旋转产生轴向拉力的同时，还会产生一种力，这种力的方向与螺旋桨旋转的方向相反，并且与螺旋桨旋转形成的平面平行，这种力称之为反扭力，也是随螺旋桨旋转的速度增大而增大。以V8结构的八轴为例：
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图1
     上图中，箭头所指的方向为螺旋桨的旋转方向，M1、M3、M5、M7奇数电机的螺旋桨旋转方向向左（逆时针方向），因此奇数电机旋转产生的反扭力方向则为向右（顺时针方向），同理，M2、M4、M6、M8电机旋转产生的反扭力方向则为向左（逆时针方向）。如果所有电机转速一致，因为奇偶电机数量相同，所以奇数电机产生的顺时针扭力与偶数电机诞生的逆时针扭力大小相等，方向相反，则两组扭力相互抵消，飞机保持当前方向不变，也就是飞机不会在水平面向左或向右旋转。
     如果让两组反扭力实现方向相反（这不用说）、大小不同，即奇数组反扭力与偶数组反扭力不能完全抵消，存在大小差异，此时，飞机就会向反扭力大的方向旋转，实现转向。例如：假设让正在悬停状态的飞机的奇数组电机的转速高于偶数数电机转速，此时奇数组电机的轴向拉力增大，偶数组电机的轴向拉力减小，一增一减，两组电机产生的轴向拉力总和基本不变，所以飞机不会上升也不会下降，在高度上保持不变。但由于奇数组电机转速高于偶数组电机，因此奇数组产生的反扭力（顺时针方向）就会大于偶数组电机产生的反扭力（逆时针方向），飞机就会在水平方向沿顺时针方向旋转。飞控就是通过调节奇偶电机组的转速差来实现飞机转向的。
      明白了上边的原理，下边来说本贴的主题：
      电机KV值不一致是客观存在的，只是差距大小而已，这个可以通过转速测试仪测量得到，当然通过DJI的iOSD记录的电机输出曲线也能看出端倪，下图展示了一架V8飞机的IOSD电机输出曲线图：
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图2
    很明显，电机输出曲线呈现了明显的高低分组排列，这说明电机KV值不一致（当然可能与桨的形状和电调的行程有关，这里排除这两个因素），曲线偏高的电机，KV值偏低，曲线偏低的电机，KV值偏高，再把上图进行分解，得到下边两张图：
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图31
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图32
    从两张图上可以看到，这真是天大的巧合，所有奇数电机的KV值比所有偶数电机KV值低！
    那么这样的情况，会导致什么样的不良情况呢？如果电机的轴向拉力余量足够，也就是电机的拉力比飞机的重量大很多的情况下，看不出来有太明显的不良现象，这是因为飞控会自动调节电机输出，即给KV值低的电机输出更高转速的指令（图31），给KV值高的电机输出较低的转速指令（图32），让所有电机的实际转速达到基本一致，因为奇数电机组的实际转速与偶数电机组的实际转速一致，所以奇偶电机组产生的反扭力方向相反，大小相等，实现了相互抵消，飞机仍然不会向哪一边旋转。
     但如果此时电机总的轴向拉力余量不够，比如飞机挂载了较重的云台相机，或者飞机遇到了下行气流等，此时即使飞控给出了极限转速的指令，仍然不能让KV值低的电机的实际转速与KV值高的电机的实际转速一致，此时就会出现自旋，或者明显感觉到操控困难，这种情况在遇到突发气流（阵风）和高速下降时，尤为明显。
    下边说说解决方法：
     更换一致性好的电机当然是好办法，但毕竟需要白花花的银子。我们不更换电机有没有办法解决问题，避免危险呢？
     答案是肯定的，方法其实很简单，就是把实际KV值相同（或者相差最小）的电机进行奇偶配对安装就OK了。但奇偶配对也不是随意搭配，而是要保证在机架位置上的对称配对。如图1的V8机架，可以这样配对：M1与M2、M3与M8,M4与M7,M5与M6。下边以另外一架V8机架的iOSD电机输出曲线图逐一图解说明：
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图5
    从图5中的电机输出曲线可以看到，尽管各电机的KV值相差不是很大，但还差距仍然是存在的。
    我们就从前边讲的奇偶配对来看看情况吧：
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图6
    从图6可以看到：M1与M2配对，可以看出M2电机KV值低于M1电机KV值；
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图7

   从图7可以看到：M3与M8配对，可以看出M3电机KV值与M8电机KV值基本一致；
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图8
     从图8可以看到：M4与M7配对，可以看出M4电机KV值低于M7电机KV值；
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图9

    从图9可以看到：M5与M6配对，可以看出M5电机KV值与M6电机KV值基本一致；
    解决方案：保留M3、M8、M5、M6不变，把M1与M4电机位置对调，调整后，按原来的电机位置编号表述的话，另外两组奇偶配对就变成了：M4与M2,M1与M7,我们再看看调整后的曲线是怎么样：
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图10
    从图10可以看到，M4与M2电机的曲线重合度很高，KV值基本一致；
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图11

    从图11可以看到，M1与M7电机的曲线重合度很高，KV值基本一致；
    通过以上调整，所有奇偶配对电机的KV值基本一致了，因电机KV值不一致而导致的自旋和不受控的风险基本消除，飞机的整体操控性提升不少。
    至于其他机型，依葫芦画瓢就行。
    怎么样？有帮助就猛顶吧。

       补充说明：有模友说曲线与KV值无关，这里再次说明本贴讨论的命题假设就是电机KV值不一致对多轴飞行器的影响，在贴子中已明确排除桨形不对称、电调行程不一致等其他因素的影响，讨论一个命题，肯定得有命题假设，至于电调、桨以及电机安装不水平等因素，可以另立主题讨论。
    机器调试是一个多因素的综合过程，本贴是就电机KV值不一致这一因素进行的论述。特此说明，以免误读误导。

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作者: liangjump    时间: 2014-5-4 23:33
技术贴，收藏！
来自安卓客户端

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作者: rickyzhou    时间: 2014-5-4 23:36
技术帖！

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作者: gxboykk    时间: 2014-5-4 23:42
猛顶,学习了

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作者: shanliren314    时间: 2014-5-4 23:55




值得收藏！顶啊！

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作者: yangyang1981112    时间: 2014-5-5 00:14
新人膜拜，学习了

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作者: zizaideyu5    时间: 2014-5-5 00:20
顶了！
来自安卓客户端

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作者: yan13131    时间: 2014-5-5 00:21
就是说相邻的正反转的电机kv尽量一致是吗？
如果四轴的话是否可以这样:两组对角线电机kv差异大点也可以呢？

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作者: keen0533    时间: 2014-5-5 00:23
有想法！！MARK一下

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作者: 蓝色海    时间: 2014-5-5 01:00
这个要楼主辛苦了啊

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作者: bubu0707a    时间: 2014-5-5 01:13



技術帖
頂🆙

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作者: sailon    时间: 2014-5-5 02:08
希望以后有更多这样的技术贴！ 赞！

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作者: AIM663561    时间: 2014-5-5 02:28



猛顶！！！

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作者: zhengyiuestc    时间: 2014-5-5 03:14
5imx难得有这样的技术贴。

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作者: kenorsu    时间: 2014-5-5 04:48
转速不可能一样，除非在真空环境

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作者: kenorsu    时间: 2014-5-5 04:51
说明了什么，你为什么要讨论，结论是什么

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作者: 一丁    时间: 2014-5-5 08:35

yan13131 发表于 2014-5-5 00:21
就是说相邻的正反转的电机kv尽量一致是吗？
如果四轴的话是否可以这样:两组对角线电机kv差异大点也可以呢 ...

不是邻的正反转的电机kv尽量一致。
四轴的话，两组对角线电机kv差异大点是可以的，可以有效防止过载自旋，但不要相差太大，因为四轴与六轴八轴的平衡点不一样。

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作者: code    时间: 2014-5-5 10:10
好东西，kv无限接近相同的八颗电机成本太高了。。

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作者: rainbeau    时间: 2014-5-5 10:21
学习了，请问楼主怎么样测试的

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作者: 好色仙人。    时间: 2014-5-5 10:25
这个OSD呈现出的曲线，我觉得应该是飞控对每个力臂所输出的信号吧， 不能完全正确的观察电机状态，但也是检查的一种方式了。

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作者: shijiamoni    时间: 2014-5-5 10:30
lz，我感觉你的判断出错误，其实正反桨的效率是有区别的，顺时针的桨会明显的高一些，我感觉这个是在北半球的原因。也就是1357需要更高的输出才能有足够的力矩，而且这个和电机和桨的做工无关，我已经在各种电机包括有刷小四轴进行验证了，同样是用类似大疆osd波形看的数据，而且从你发的图片也可以看出，1357电机的输出确实偏大的，lz如果想验证我的说法，你可以就按着你的方法去配对电机，再看看osd波形，是不是还是这样1357偏高

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作者: westloveohyeah    时间: 2014-5-5 15:27
你注意没，大疆S1000每个力臂是有3度的倾角的，就是为了磨合扭矩

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作者: westloveohyeah    时间: 2014-5-5 15:28
KV值根本不重要。
你学过自动控制原理你就会知道，如果载重合理的话，电机转速是会通过PID、自适应修正的，根本不影响飞机的飞行

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作者: bmlee    时间: 2014-5-5 16:33
楼主的高手贴，顶

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作者: gdswqun    时间: 2014-5-5 19:04
用着用着电机的状况一变又得换位置吗。。。

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作者: yezy    时间: 2014-5-5 21:09
顶lz。
话说lz用z15尸体改的云台怎么样了，看那帖子也没个后续 烂尾了。。。

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作者: 一丁    时间: 2014-5-6 08:39

shijiamoni 发表于 2014-5-5 10:30
lz，我感觉你的判断出错误，其实正反桨的效率是有区别的，顺时针的桨会明显的高一些，我感觉这个是在北半球 ...

如果我告诉你，贴子中图2的曲线和后边图中的曲线来自同一个机架的同一套配置，你是不是觉得不可思议呢？唯一不同的是：图2中是大负荷飞行时的曲线，后边图示是调整电机位置后负荷小一点的飞行曲线。
有一句话叫实践是检验真理的唯一标准。

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作者: shijiamoni    时间: 2014-5-6 09:27
那么你再试试把载荷加上去再试试看看

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作者: 誓言    时间: 2014-5-6 09:36
不明觉厉  坐下慢慢看

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作者: borneol    时间: 2014-5-6 10:00


整好手里换桨可以测试，同一个机架，完全相同的负载。。。 楼主有什么看法。要实践我就马上实践。。。
APC1540
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飞越1552折叠桨
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作者: shen4157    时间: 2014-5-6 14:57

borneol 发表于 2014-5-6 10:00
整好手里换桨可以测试，同一个机架，完全相同的负载。。。 楼主有什么看法。要实践我就马上实践。 ...

潜水多时，上来冒个泡。看到台球侠从naza入的四轴坑，现在已是高大上的六轴配wkm，又经历了炸鸡，狗思歪等事件，真是感叹造化弄人啊。更有sb-dji的网站，好似经典。

台球侠还在继续坚持多轴fpv，想来请教几个问题：1.请问你的碳管电机座如何弄成水平的？我用水平泡还是不靠谱，可能本身精度不够。现在始终左右打杆声音不对，感觉还是电机座不水平。不过看了你的电机曲线图２，似乎１３５电机和２４６电机也有明显的输出差，是否也是这个问题，你准备怎么处理？

２.请问你飞ｆｐｖ的时候是否用单独的摄像头视角？由于我是ｘａ６５０四轴，机子较小，没什么空余地放摄像头，只能用云台视角ｆｐｖ，大部分小四轴大家也都是这样操作的，可我总觉得机架的晃动被过滤掉了是见很危险的事情。请问你的是如何操作的，我看你之前六轴好像失控切手动救机的时候用的云台视角飞的，实在是佩服的五体投地，本身ｆｐｖ飞手动就比飞直机难，再用云台视角飞，真是不可思议了，请问你是用云台视角看姿态线来操控的吗？

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作者: borneol    时间: 2014-5-6 15:14

shen4157 发表于 2014-5-6 14:57
潜水多时，上来冒个泡。看到台球侠从naza入的四轴坑，现在已是高大上的六轴配wkm，又经历了炸鸡，狗思歪 ...

1、电机座用调直升机的数字螺距尺与中心板跳频。

2、电机曲线图首先是用炸过APC桨测试得来的，其实是经历了WKM傻逼炸鸡，电机已经返厂修过，5号电机甚至明显过高，飞行后温度也高。。。多轴电机，我感觉只要炸过，就很难回去原来的状态了。
六轴没炸过之前，曲线也是很规矩的。
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不过最终的结论是，精度高的APC桨，升力差异会小很多。

经历过H3-2D各种傻掉以后，我才安装的单独摄像头。。。之前也是只看云台视角飞。飞控傻掉以后其实是纯粹靠着IOSD的姿态参数和回家角度返航。

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作者: lzhzyyyh    时间: 2014-5-6 15:55
严重表杨技术帖。强力学习中！

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作者: shen4157    时间: 2014-5-6 16:05

borneol 发表于 2014-5-6 15:14
1、电机座用调直升机的数字螺距尺与中心板跳频。

2、电机曲线图首先是用炸过APC桨测试得来的，其实是 ...

用云台视角飞手动，这真是太NB了！让alan盯着云台画面，他估计也飞不了啊，看姿态线没有条件反射。你的六轴大，早就可以上单独摄像头啦，iosd可以空中切换的。飞的时候看摄像，拍的时候看云台。我是机子小，所以没办法。

你的电机和电调还是需要重点关注下，怕有什么暗伤。还有你的六轴机架多少钱，卖吗？嘿嘿

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作者: borneol    时间: 2014-5-6 16:43

shen4157 发表于 2014-5-6 16:05
用云台视角飞手动，这真是太NB了！让alan盯着云台画面，他估计也飞不了啊，看姿态线没有条件反射。你的六 ...

小六轴留着玩。。。大六轴正在出售中。。。~~

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作者: 一丁    时间: 2014-5-7 11:01

luowbyc 发表于 2014-5-7 10:58
楼主的判断可能有问题，来探讨一下。
两家的图都出现了奇数组和偶数组有明显差异的情况，而装电机的时候， ...

你忽略了本贴的一个基本命题假设，本命题讨论的是电机KV值不一致对多轴飞行器的影响及应对！在论述中已明确排除电调、桨、电机安装不水平等其他因素的情况下来讨论的，我还要解释么？

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作者: luowbyc    时间: 2014-5-7 11:22

一丁 发表于 2014-5-7 11:01
你忽略了本贴的一个基本命题假设，本命题讨论的是电机KV值不一致对多轴飞行器的影响及应对！在论述中已明 ...

哦，原来是在绝对水平的情况下来探讨这一问题，如果是这样，确实，经过这样配对的机器绝对是完美的机器。
但我觉得，一般情况下，不水平对机器的影响远远大于KV差异对机器的影响，你那两张图还不能说明是电机配对后改善的结果，因为负载的变化对结果影响很大。
根据输出图奇偶的差异，可能更容易分析出电机座向哪一边不水平，调整这一边的水平，对机器的改善更加立竿见影。我建议把功夫花在更有效的地方，至于电机配对，追求最后1%就完美的人可以继续。

还是赞赏楼主勤于思考的精神，毕竟，KV的差异是我没关注到的。

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作者: luowbyc    时间: 2014-5-7 11:28
另外，根据输出图真能判断电机的KV差异？我又开始怀疑了，因为你的依据是根据不完美平衡的机器输出的图来判断的，这个会不会对你的判断造成重大影响？

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作者: 一丁    时间: 2014-5-7 11:36

luowbyc 发表于 2014-5-7 11:28
另外，根据输出图真能判断电机的KV差异？我又开始怀疑了，因为你的依据是根据不完美平衡的机器输出的图来判 ...

我只能告诉你，没错，我的曲线差异与电机KV值差异完全对应，与转速仪测量的结果一致。另外，你怎么知道的机器不完全平衡？

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作者: shijiamoni    时间: 2014-5-7 11:48
lz。我想你应该仔细看看30楼的图片，为什么人家也是1357和2468偏差出来了，你自己的你是说好巧，难道别人也这样你也要用好巧来解释吗？30楼就是用了两种桨，而我得出的结论是一种桨的正反效率区别不大，而折叠桨，区别就是很大的

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作者: luowbyc    时间: 2014-5-7 11:49


求6个电机的KV实测数值，我想知道差异到底能有多大，这样的数据我没机会测到，多谢了

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作者: god123dna    时间: 2014-5-7 14:00
收藏啊，精辟。。。
来自安卓客户端

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作者: shijiamoni    时间: 2014-5-7 14:28

luowbyc 发表于 2014-5-7 11:49
求6个电机的KV实测数值，我想知道差异到底能有多大，这样的数据我没机会测到，多谢了

不会超过0.5%

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作者: wojiaokunge    时间: 2014-9-11 14:00
不愧为将，对什么事情都有很专业的分析与看法。学习ing

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作者: 默然    时间: 2014-9-14 03:37

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作者: zhuming0481    时间: 2014-9-14 10:38

shijiamoni 发表于 2014-5-7 11:48
lz。我想你应该仔细看看30楼的图片，为什么人家也是1357和2468偏差出来了，你自己的你是说好巧，难道别人也 ...

不是正反的问题，是飞越折叠桨质量不好，正反桨推力不一致

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作者: 刚哥1    时间: 2014-9-14 11:15




学习了{:1_45:}{:1_45:}{:1_45:}

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作者: ancky    时间: 2014-9-23 09:28
技术贴，收藏！

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作者: dongsir55    时间: 2023-2-20 14:51

一丁 发表于 2014-5-5 08:35
不是邻的正反转的电机kv尽量一致。
四轴的话，两组对角线电机kv差异大点是可以的，可以有效防止过载自旋 ...

因为电机损毁的原因,又想玩飞机,我用了一个相差500kv的电机放四轴的一轴上, 结果成功又损失了一只桨叶

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