쿼드플레인 날리기

드론/쿼드콥터 2017.03.24 10:48 Posted by 푸른하늘이

쿼드플레인 날리기

쿼드플레인을 날리는 것은 일반 고정익을 날리는 것보다 쉽지만, 몇가지 이해해야 할 것이 있다. 아래 부분을 주의 깊게 읽어보기 바란다.

전환

쿼드플레인 전환은 주로 VTOL(콥터 방식)의 비행과, 전통적인 고정익 방식의 비행간에 변경하는 것이다. 전환은 양방향으로 발생하며, 조종사의 명령에 의하거나, 속도 및 비행모드에 따라 자동적으로 발생할 수 있다.

전환을 발생하는 1차적 방법은 비행모드를 바꾸는 것으로, 송신기에서 비행모드 채널을 변경하거나, 지상국에서 모드 변경을 사용하는 방법이 있다.

  • 매뉴얼 모드로 바꾸면 쿼드모터는 즉시 정지된다.
  • 다른 고정익 모드로 변경하면 쿼드는 대기속도(대기속도 센서가 없으면 추정값)가 ARSPD_FBW_MIN에 도달할 때까지 계속하여 양력과 안정성을 제공한다.
  • 대기속도가 도달하면 쿼드모터는 Q_TRANSITION_MS 밀리초(기본값 5000. 5초)에 걸쳐 천천히 전원이 떨어지게 되고, 그 이후에는 전원이 끊어진다.

고정익 모드에서 쿼드플레인 모드로 전환할 경우, 전방모터는 즉시 정지하지만, 비행기의 속도가 줄어드는 동안 제어면들이 계속하여 안정성을 제공해준다. 이를 통해 고속으로 비행하면서도 쿼드플레인 모드로 전환할 수 있다.

한가지 예외로 Q_VFWD_GAIN 변수를 0이 아닌 값으로 설정하였을 경우, 쿼드플레인 VTOL 모드에서도 계속 전방모터가 작동할 수 있다. 이 경우, 전방모터가 바람속에서도 기체의 수평을 유지하는데 사용된다. 자세한 내용은 Q_VFWD_GAIN의 설명을 참고하라.

참고 : 고속으로 비행중 QLOITER 또는 QLAND 모드로 전환하면, 로이터코드가 기체를 매우 빠르게 정지시키려고 시도하여, 피치를 위로 심하게 올린 뒤, QLOITER가 입력된 지점까지 후진하게 된다. 기체의 강도를 확신하지 못한다면, 먼저 훨씬 부드럽게 전환되는 QHOVER 모드로 전환하고, 기체의 속도가 낮아진 뒤 QLOITER로 전환하는 것이 좋다.

Assisted 고정익 비행

쿼드플레인 코드는 MANUAL모드를 제외한 다른 비행모드에서 고정익 코드를 보조하는 방식으로 설정할 수 있다. 쿼드 보조기능을 활성화시키려면 Q_ASSIST_SPEED 파라미터를 보조기능이 필요한 대기속도로 설정해야 한다.

Q_ASSIST_SPEED를 0가 아니게 설정하면, 대기속도가 지정한 한계 이하로 떨어지면 언제나 쿼드모터가 안정성과 양력을 도와주게 된다. 이렇게 하면 예를 들어 FBWA 모드에서도 아주 낮은 속도로 비행하거나, 자동 고정익 이륙 지원모드로 활용할 수 있다.

먼저 Q_ASSIST_SPEED를 0으로 설정한뒤 기본기능을 설정하고 기체를 튜닝하는 것이 좋다. 그 다음 이 기능을 원한다면 Q_ASSIST_SPEED를 실속 속도 위로 설정해 보라.

3.7.0 이후에서는 자세 오류에 따른 또다른 보조기능이 추가되었다. Q_ASSIST_ANGLE이 0이 아니면, 이 파라미터는 자세 오류(도)를 의미하며, 속도가 Q_ASSIST_SPEED 보다 빠르더라도 이 보조기능이 활성화된다. 자세 보조는 Q_ASSIST_SPPED가 0보다 클 때만 사용된다.

쿼드모터가 어떤 기능을 지원할지는 고정익 비행모드에 달려있다. 자동 또는 반자동 모드로 비행할 경우, 지원모드가 활성화되면(대기속도가 Q_ASSIST_SPPED 이하이거나, 고도오류가 A_ASSIST_ANGLE보다 클때) 자동비행모드에서 어떠한 상승속도 및 회전속도를 원하든, 쿼드모터가 지원하려고 시도한다. 수동항법 모드에서는 조종사의 입력에 맞도록 지원하려고 시도한다.

구체적인 처리 방식은 다음과 같다 :

  • AUTO모드에서는 다음 웨이포인트의 고도를 확보하기 위해 쿼드가 양력을 제공한다. 아울러 FC가 요구하는 속도로 기체를 회전시키는데 도움을 준다.
  • 고정익 LOITER, RTL 또는 GUIDED 모드에서는 FC가 어떠한 상승속도/회전속도를 요구하든, 쿼드모터가 지원하려고 시도한다.
  • CRUISE 또는 FBWB 모드에서는 조종사의 상승속도 요구(피치 스틱에 의해 제어됨)에 따라서 쿼드모터가 양력을 제공한다. 쿼드모터는 조종사의 회전속도 요구(에일러론과 러더입력)에 따라 회전을 지원하려고 시도한다.
  • FBWA 모드에서는 피치 입력과 사용자의 상승속도 요구가 비례한다고 가정한다. 따라서, 사용자가 피치를 뒤로 당기면 쿼드모터가 상승을 시도하고, 사용자가 피치를 앞으로 밀면 쿼드모터가 안정적인 하강을 제공하려고 한다.
  • AUTOTUNE 모드에서 쿼드는 FBWA와 동일한 지원을 제공한다. 하지만, Q_ASSIST_SPEED를 높은 값으로 하고 AUTOTUNE모드를 사용하는 것은 좋은 생각이 아니다. 쿼드의 지원이 고정익 이득 학습에 방해가 되기 때문이다.
  • MANUAL, ACRO, TRAINING 모드에서는 쿼드모터가 완전히 꺼진다. 이러한 모드에서는 기체가 완전히 고정익으로 날게 된다.
  • STABILIZE 모드에서는 쿼드모터가 지원이 켜졌을 경우에만 양력을 제공하려고 시도한다.

RTL(Return to Launch)

쿼드플레인을 날릴 때, Return to Launch를 처리하는 방법이 여러가지가 있다. 

  • 고정익처럼 귀환점(return point)를 중심으로 선회
  • VTOL 기체로 귀환점으로 날라와서 수직으로 착륙
  • 귀환점에 접근하기까지는 고정익으로 날라와서, VTOL로 전환한 후 수직으로 착륙

각각의 경우 핵심개념은 귀환점이다. 귀환점은 가장 가까운 Rally Point로 정의되거나, Rally Point.가 정의되지 않았다면 홈포인트이다. Rally Point에 대한 자세한 내용은 Rally Point 페이지를 참고하라.

고정익 RTL

이 RTL 모드의 기본 행태는 고정익과 동일하다. 가장 가까운 Rally Point(없다면 홈포인트)로 날라와서 고정익처럼 그 점을 중심으로 회전한다. 대기속도가 Q_ASSIST_SPEED이하로 떨어지기 전까지는 VTOL 모터가 사용되지 않는다. 기체가 선회하는 고도는 Rally Point에 지정된 고도 이거나, Rally Point가 없을 경우에는 ALT_HOLD_RTL에 지정된 고도이다.

VTOL RTL(QRTL)

VTOL 기체처럼 Return to launch하는 게 좋다면(멀티 로터처럼), QRTL 비행모드를 사용할 수 있다. 비행모드가 VTOL 비행으로 전환되고 Q_WP_SPEED 속도로, 고도는 Q_RTL_ALT 로 귀환점을 향하여 날라온다.

귀환점에 당도하면 기체는 지면을 향하여 수직하강을 시작한다. 초기 하강속도는 Q_WP_SPEED_DN 으로 지정한다. 기체가 Q_LAND_FINAL_ALT에 도달하면, 최종 착륙단계를 위하여 하강속도가 Q_LAND_SPEED로 변경된다.
최종 착륙단계에서 기체는 VTOL 모터가 최소값이하로 5초이상 떨어지는지를 확인하여 착륙을 감지하게 된다. 착륙을 감지하면 기체는 시동을 해제하고, VTOL 모터가 정지한다. 

하이브리드 RTL

쿼드플레인 마지막 RTL 옵션은 귀환점 가까지 접근할 때까지 고정익으로 날다가 귀환점에 도착하면 위에서 설명한 VTOL RTL 로 전환된다. 이러한 형태의 하이브리드 RTL 모드를 활성화시키려면 Q_RTL_MODE 파라미터를 1로 설정해야 한다.

하이브리드 RTL의 고정익부분에서 목표로하는 최초의 고도는 고정익 RTL과 동일하다. Rally Point 고도와 ALT_HOLD_RTL 옵션을 적절하게 설정하여, 기체가 수직착륙에 필요한 적정고도로 도착하도록 해야 한다. 착륙 접근 고도는 약 15미터 정도가 대부분의 쿼드플레인에서 적정하다. 이는 Q_RTL_ALT 값과 같거나 커야 한다.

기체가 고정익에서 VTOL로 전환되는 귀환점으로부터의 거리는 RTL_RADIUS 파라미터를 이용하여 설정하는데, 이 값이 설정되어 있지 않으면 WP_LOITER_RAD 파라미터가 사용된다. 기체는 귀환점에 다가오면서 속도를 줄이면서 Q_RTL_ALT로 설정한 고도에 맞추게 된다.

귀한점에 당도하면 기체가 하강하기 시작하여, 위에서 설명한 VTOL RTL 모드에 동일하게 착륙한다.

어떤 현상이 발생하는가?

처음에는 하이브리드 기체를 이해하기 어렵기 때문에 아래에 몇가지 시나리오와 ArduPilot 코드가 어떻게 처리하는지를 설명한다.

QHOVER모드로 호버링하다가 FBWA모드로 변경할 때

기체는 계속 호버링하면서 조종사의 입력을 기다린다. 쓰로틀 0에서 스틱에서 손을 때면, 기체가 현재의 고도를 계속 유지하고, 스스로 수평을 잡는다. 위치를 고정하지 않았기 때문에 바람에 따라 기체가 흐른다.

쓰로틀을 밀면 전방모터가 빨라지고, 기체가 전방으로 이동하기 시작한다. 기체가 천천히 이동하는 동안에는 쿼드 모터가 계속하여 양력과 안정성을 제공한다. 롤과 피치 스틱 입력을 사용하여 기체의 자세를 제어할 수 있다. 피치 스틱(엘리베이터)를 사용하면 쿼드모터의 상승속도에 영향을 미친다. 엘리베이터를 뒤로 당기면 쿼드모터가 기체의 상승을 돕게 된다. 피치를 전방으로 밀면 쿼드모터 전원이 줄어들고 기체가 하강한다.

롤과 피치 입력은 아울러 기체의 자세을 제어하므로, 저속에서 오른쪽 롤을 주면 기체가 우측으로 이동한다. 아울러 요(yaw)를 오른쪽으로 돌리게 한다.(쿼드플레인 코드는 고정익모드에서 오른쪽 에일러론을 회전명령을 해석하는 것처럼)

기체의 대기속도가 ARSPD_FBW_MIN(또는 Q_ASSIST_SPEED가 설정되어 있고 ARSPD_FBW_MIN보다 높을 경우에는 Q_ASSIST_SPEED)에 당도하면, 쿼드모터의 지원 양이 5초에 걸쳐 줄어든다. 그 이후 기체는 완전히 고정익으로 비행한다.

FBWA모드로 빠르게 비행하다가 QHOVER 모드로 변경할 때

쿼드모터가 즉시 작동되어 기체가 현재의 고도를 유지하기 시작한다. 이제 상승/하강 속도가 쓰로틀로 설정된다. 쓰로틀을 올리면 상승하고 쓰로틀을 내리면 하강한다. 쓰로틀을 가운데로 하면 고도를 유지한다.

전방모터가 정지하지만 기체는 모멘텀에 의해 전방으로 계속 이동한다. 공기의 저항으로 점점 늦어지면서 정지하게 된다. 기체의 자세는 롤/핏치(에일러론, 엘리베이터) 로 제어할 수 있다. 러더를 사용하여 방향(Yaw)를 바꿀 수 있다.

FBWA모드로 빠르게 비행하다가 QLOITER모드로 변경할 때

쿼드모터가 즉시 작동되고, 기체의 피치가 급하게 올라간다. QLOITER 모드 스위치가 올려진 그 지점에서 위치를 고정하려고 시도하기 때문이다.

기체는 매우 빠르게 정지하고, QLOITER가 입력된 지점으로 약간 후진한다. 기체의 이동은 롤/피치(에일러론/엘리베이터)를 사용하여 제어할 수 있고, 방향(Yaw)는 러더로 제어할 수 있다.

이제 상승/하강 속도는 쓰로틀에 의해 설정된다. 쓰로틀을 올리면 상승하고, 쓰로틀을 내리면 하강한다. 쓰로틀을 가운데로 하면 고도를 유지한다.

호버링중 RTL 모드로 바꿀 때

기체가 고정익 비행으로 전환된다. 전방모터가 기체를 전방으로 끄는 동안 쿼드모터가 양력과 자세에 도움을 준다. 

일반적인 Plane RTL 비행계획이 수행된다. (기본값은 RTL 고도로 목표지점 혹은 인근의 rally point 상에서 선회.) RTL_AUTOLAND 설정을 하였으면 기체는 고정익 착륙을 수행한다.

Q_RTL_MODE를 1로 설정하였을 경우, 기체는 근처의 귀환점에 근접하면 VTOL 착륙모드로 전환된다.

전형적인 비행

전형적인 테스트 비행은 다음과 같다.

  • QLOITER 또는 QHOVER 모드로 이륙
  • FBWA모드로 전환하고 쓰로틀을 밀면 고정익 비행을 시작
  • QHOVER모드로 전환하여 쿼드 모드로 되돌아감

===

원문 : http://ardupilot.org/plane/docs/quadplane-flying.html

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저는 구글어스를 보자 엄청난 충격을 받았습니다. 전통적으로 지도는 국가에서 제작하는 게 당연하다고 생각했는데, 웹과 구글이 그 생각을 완전히 깨 버린 겁니다. 지금은 MS까지 전세계의 3차원 지도를 서비스하겠다고 나서고 있는데, 우리는 무엇을 어떻게 해야 할까요?
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