Амортизируем контроллер мультикоптера

Дата публикации: Oct 09, 2013 9:13:7 PM

В прошлом году я писал о проблеме спонтанного отключения квадрокоптера, вызванного сильными шумами на акселерометре. В тот раз, проблему удалось частично купировать за счет настройки ФНЧ. Однако, бесконечно давить сигнал фильтром низких частот не очень хорошая затея, поэтому рано или поздно нужно было разобраться с причинами этой проблемы.

В чем же причина шума на акселерометре? Ясен пень, в вибрации от двигателей. Вибрацию дает дисбаланс:

• самих вентильных двигателей;

• креплений пропеллеров;

• самих пропеллеров.

Соответственно погасить вибрацию акселерометра, можно двумя основными способами. Во-первых, можно механически развязать акселерометр и корпус машины. Другими словами, амортизировать акселерометр. Во-вторых, можно убрать все три источника вибрации :)

Начнем с самого простого, на мой взгляд. Демпфируем целиком весь контроллер квадрокоптера, на котором прочно закреплен акселерометр. Чем будем демпфировать? Тут есть масса вариантов. Энтузиастами проведены сотни опытов на эту тему. Из форумов я узнал, что наиболее популярными материалами для амортизаторов являются: поролон, резина, силикон. Кстати сказать, в обычном CD-ROMe механизм демпфируется именно силиконовыми вставками.

Конструкция амортизатора

В первоначальной версии моего мультикоптера, контроллер крепился непосредственно к корпусу через медные стойки. Все что нужно было сделать, это вставить между стойками и контроллером две параллельные пластины. Должно получиться нечто, похожее на классический конденсатор :)

Последнее время, весь конструктив я печатаю на 3D-принтере. Участь быть напечатанными не обошла и указанные пластины.

На материализованные пластины был нанесен двухсторонний толстый скотч.

Первым материалом, который я решил использовать для амортизации, был обыкновенный мягкий поролон. Приклеиваем его на скотч нижней пластины, и накрываем сверху пластиной контроллера.

Очевидно, что поролона слишком много, и это несомненном приведет к нарушению работы системы стабилизации. Но эксперимент есть эксперимент. Раскручиваем двигатели до тяги в 16% и получаем такую картинку:

Синий график отражает поведение сигнала акселерометра по оси X, уже отфильтрованного с коэффициентом K=0.03. Шумы просто безумные, надо сказать. Для сравнения, кирпичным цветом отмечен график, полученный после установки поролонового амортизатора.

Теперь попробуем другие материалы, которые я нашел в хакспейсе: пенополиэтилен и силикон.

Итоговая таблица по всем трем материалам (плюс уже знакомый поролон, но урезанный до толщины 5мм) имеет вид:

Толстый поролон и пенополиэтилен были испытаны на тяге 16%. В случае силикона и тонкого поролона, тяга достигала 20-25%.

Выводы

Согласно итоговой таблице, наилучшие результаты показал тонкий поролон. Однако, шум по-прежнему препятствует нормальной работе подсистемы стабилизации.

Что делать? Во-первых, на следующем этапе я планирую утяжелить контроллер. Во-вторых, следует уменьшить дисбаланс пропеллеров. Наконец, в-третьих, попытаться уменьшить дисбаланс самих двигателей.

Однако, несмотря на низкое качество стабилизатора, уже в эти выходные я планирую поднять машину в воздух.