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如何正確判斷并解決無人機(jī)指向故障?

發(fā)布時(shí)間:2016-11-30 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】眾所周知,磁場(chǎng)和距離的多次方成反比,而無人機(jī)內(nèi)部電子羅盤和其余電子元器件距離較近,因此內(nèi)部系統(tǒng)排布的不合理會(huì)導(dǎo)致電子羅盤受到磁場(chǎng)干擾,而這一情況又往往被設(shè)計(jì)者忽略。那有什么好的辦法解決嗎?

電子羅盤作為無人機(jī)產(chǎn)品的重要組成部件,承載著為無人機(jī)引導(dǎo)絕對(duì)方位的功能。對(duì)于普通設(shè)計(jì)者而言,經(jīng)常會(huì)遇到電子羅盤校正困難,校正需求過于頻繁,動(dòng)態(tài)、高速運(yùn)行時(shí)突發(fā)偏離,以及無論怎么校正電子羅盤都無法正常運(yùn)行的情況。

此故障的發(fā)生,主要原因是電子羅盤受到了磁場(chǎng)干擾,而針對(duì)于這一問題,全球領(lǐng)先的磁傳感器公司愛盛科技給出了簡(jiǎn)單而高效的解決方案。

目前,愛盛科技旗下3&TImes;3mm LGA封裝的地磁傳感器IST8310,在無人機(jī)市場(chǎng)的市占率超過80%,市場(chǎng)上能夠看到的大廠的無人機(jī)產(chǎn)品,都采用了愛盛科技的地磁傳感器,是現(xiàn)今主流無人機(jī)使用地磁傳感器的標(biāo)桿產(chǎn)品,因此下文提及的無人機(jī)測(cè)試樣本,也均為這一型號(hào)。

眾所周知,磁場(chǎng)和距離的多次方成反比,而無人機(jī)內(nèi)部電子羅盤和其余電子元器件距離較近,因此內(nèi)部系統(tǒng)排布的不合理會(huì)導(dǎo)致電子羅盤受到磁場(chǎng)干擾,而這一情況又往往被設(shè)計(jì)者忽略。為了避免在實(shí)際飛行時(shí)因電子羅盤故障而出現(xiàn)墜機(jī)情況,在無人機(jī)完成硬件打樣或試作后,無需進(jìn)行實(shí)際飛行,通過測(cè)試即可完成對(duì)電子羅盤的準(zhǔn)確分析。

在前期測(cè)試中,先用木材、塑料、泡棉、鋁材沒有磁場(chǎng)的材料將無人機(jī)固定,值得注意的是,無人機(jī)最好安裝外殼和旋翼,這能夠最大程度去模擬真實(shí)飛行時(shí)的情況。考慮到無人機(jī)馬達(dá)和電路可能為磁場(chǎng)干擾源,因此我們需要從I2C接口導(dǎo)出“X軸磁場(chǎng)大小、Y軸磁場(chǎng)大小、Z軸磁場(chǎng)大小、油門大小”這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)加以儲(chǔ)存并相互對(duì)比,作為后續(xù)分析的重要依據(jù)。
無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理 油門開啟時(shí)磁場(chǎng)感應(yīng)規(guī)律且穩(wěn)定
  圖1:無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理 油門開啟時(shí)磁場(chǎng)感應(yīng)規(guī)律且穩(wěn)定

測(cè)試過程中,只需將油門從關(guān)閉調(diào)整到開啟狀態(tài)并逐級(jí)推進(jìn),進(jìn)行幾輪反復(fù)測(cè)試,最終將幾輪測(cè)試的數(shù)據(jù)匯總到同一時(shí)間軸上進(jìn)行展現(xiàn)。由于無人機(jī)已經(jīng)被固定住,并沒有出現(xiàn)方位的移動(dòng),因此理論上無論油門如何調(diào)整,X、Y、Z各軸磁場(chǎng)的數(shù)字應(yīng)變化不大,呈現(xiàn)出區(qū)域平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。但實(shí)際上,由于電子羅盤組件本身及系統(tǒng)都會(huì)有噪聲,因此數(shù)據(jù)線條會(huì)有一定程度的上下抖動(dòng),但趨勢(shì)應(yīng)是不變的,抖動(dòng)的幅度越小,意味著移動(dòng)路線越穩(wěn)定。

同理,在油門開啟或關(guān)閉時(shí),實(shí)際也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)突波影響電路,磁場(chǎng)同樣會(huì)產(chǎn)生波動(dòng),數(shù)據(jù)線條抖動(dòng)越小,也代表電子羅盤放置的位置比較好,系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)比較合理。如圖1所示,一個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確的無人機(jī),在測(cè)試中經(jīng)歷了四次油門變化,從零加速到100%,但是指向角度、X軸、Y軸、Z軸磁場(chǎng)都沒有強(qiáng)烈波動(dòng),只有在油門開啟或關(guān)閉時(shí),數(shù)據(jù)會(huì)有些許的波動(dòng)。說明在運(yùn)作時(shí)電子羅盤不會(huì)受到系統(tǒng)內(nèi)的磁場(chǎng)干擾影響,無人機(jī)將有較好的操控性能。
無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題 油門開啟時(shí)磁場(chǎng)出現(xiàn)大幅波動(dòng)
  圖2:無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題 油門開啟時(shí)磁場(chǎng)出現(xiàn)大幅波動(dòng)

與圖1相反的,如果無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題,采用同樣的測(cè)試過程后,得出數(shù)據(jù)圖像會(huì)出現(xiàn)明顯的偏離和波動(dòng)。如圖2所示,圖2中下方圖片的藍(lán)線代表著油門力度,橘線代表著無人機(jī)的指向角度,由于無人機(jī)已經(jīng)被固定,因此原則上來說指向角度不會(huì)因?yàn)橛烷T的增大減小而變化,但從圖2可以看出,測(cè)試中的無人機(jī)指向角度發(fā)生了明顯偏離,這說明電子羅盤的磁場(chǎng)感應(yīng)出現(xiàn)了變化。

在圖2中上方圖片可以更清晰的看到,藍(lán)線(X軸)、橘線(Y軸)、黃線(Z軸)出現(xiàn)了不同程度的波動(dòng),并且Z軸的波動(dòng)最大,X軸次之。有了這一線索,就可以進(jìn)一步去分析引起磁場(chǎng)變化的源頭到底在哪里,測(cè)試者如仍有疑問,可訪問愛盛科技官網(wǎng),了解更進(jìn)一步信息。

經(jīng)過以上的檢測(cè)過程,如果設(shè)計(jì)者可以順利找到無人機(jī)內(nèi)部的磁干擾源,再重復(fù)進(jìn)行一次上述測(cè)試,測(cè)試得出的數(shù)據(jù)圖像理應(yīng)與圖1一致,說明無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的磁干擾問題已經(jīng)解決,無人機(jī)電子羅盤能夠在油門變化時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。通過愛盛科技給出的這一解決方案,無人機(jī)無需實(shí)際飛行即可在前期進(jìn)行問題篩查,既降低了測(cè)試門檻,也避免了因?yàn)殡娮恿_盤無法正常運(yùn)行導(dǎo)致的無人機(jī)失控、墜機(jī)風(fēng)險(xiǎn),為行業(yè)提供了全新思路。
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