Покращене налаштування TECS (Вага та висота)

Ця тема показує, як ви можете компенсувати зміни в вагу транспортного засобу та щільність повітря, разом із інформацією про алгоритми, які використовуються.

WARNING

Ця тема вимагає, щоб ви вже виконали основне налаштування TECS.

Основне налаштування TECS встановило ключові обмеження продуктивності транспортного засобу, які необхідні для належної роботи контролера висоти та швидкості.

Хоча ці обмеження вказані за допомогою постійних параметрів, насправді продуктивність транспортного засобу не є постійною і залежить від різних факторів. Якщо не враховувати зміни в вазі та густині повітря, відстеження висоти та швидкості повітря ймовірно погіршиться у випадку, коли конфігурація (густини повітря та ваги) значно відрізняється від конфігурації, при якій тюнінгувався транспортний засіб.

Компенсація ваги транспортного засобу

Встановіть (обидва) наступні параметри для масштабування максимальної швидкості підйому, мінімальної швидкості опускання та налаштування обмежень швидкості для ваги:

• WEIGHT_BASE — вага транспортного засобу, при якій було виконано Основне налаштування TECS.
• ВАГА_БРУТТО — фактична вага транспортного засобу у будь-який момент часу, наприклад, при використанні більшого акумулятора або з вантажем, який не був присутній під час налаштування.

Ви можете визначити значення, вимірюючи вагу транспортного засобу за допомогою ваги в налаштуванні настройки та під час польоту з вантажем.

Масштабування виконується, коли обидва WEIGHT_BASE та WEIGHT_GROSS більше 0, і не матиме жодного впливу, якщо значення однакові. Дивіться розділ алгоритми нижче для отримання додаткової інформації.

Компенсація щільності повітря

Вкажіть максимальну висоту обслуговування

У PX4 службовий стелі FW_SERVICE_CEIL вказує висоту в стандартних атмосферних умовах, на якій транспортний засіб все ще може досягти максимальної швидкості підйому 0,5 м/с при максимальному режимі газу та вагою, рівною WEIGHT_BASE. За замовчуванням цей параметр вимкнений, і компенсація не відбудеться.

Цей параметр потрібно визначити експериментально. Завжди краще встановлювати консервативне значення (нижче значення), ніж оптимістичне значення.

Застосувати корекцію щільності до мінімальної швидкості опускання

Мінімальна швидкість опускання встановлюється в FW_T_SINK_MIN.

Якщо налаштування Основного налаштування TECS не було виконано в стандартних умовах рівня моря, тоді параметр FW_T_SINK_MIN повинен бути змінений шляхом множення на корекційний фактор $P$ (де $\rho$ - густина повітря під час налаштування):

$$P=\sqrt{\frac{\rho }{{\rho }_{\text{sealevel}}}}$$

Для отримання додаткової інформації див. Ефект густини на мінімальну швидкість опускання.

Застосувати корекцію щільності до обрізання ручки газу

Регулювання обтічної дроселі встановлюється за допомогою FW_THR_TRIM.

Якщо базове налаштування не було виконано в стандартних умовах рівня моря, тоді значення для FW_THR_TRIM повинно бути змінено шляхом множення на корекційний фактор $P$:

$$P=\sqrt{\frac{\rho }{{\rho }_{\text{sealevel}}}}$$

Для отримання додаткової інформації див. Ефект густини на обрізний регулятор

Алгоритми насиченості ваги та щільності

У цьому розділі міститься інформація про операції масштабування, виконані PX4. Це надається лише для цікавості, і може бути цікавим для розробників, які хочуть змінити код масштабування.

Записка

У наступних розділах ми будемо використовувати позначення $\hat{X}$ для того, щоб вказати, що це значення є каліброваним значенням змінної $X$. Під каліброваним ми маємо на увазі значення цієї змінної, виміряне на рівні моря в стандартних атмосферних умовах, коли вага транспортного засобу дорівнювала WEIGHT_BASE.

Наприклад, by ${\hat{\dot{h}}}_{\text{max}}$ we specify the maximum climb rate the vehicle can achieve at WEIGHT_BASE at sea level in standard atmospheric conditions.

Вплив ваги на максимальну швидкість підйому

Максимальна швидкість підйому (FW_T_CLMB_MAX) масштабується як функція відношення ваги.

З рівноважних рівнянь руху літака ми встановлюємо, що максимальна швидкість підйому може бути записана як:

$${\dot{h}}_{\text{max}}=\frac{V\cdot (\text{Thrust}-\text{Drag})}{m\cdot g}$$

де V - це справжня швидкість повітря, а m - маса транспортного засобу. З цього рівняння ми бачимо, що максимальні швидкості підйому масштабуються з масою транспортного засобу.

Вплив ваги на мінімальну швидкість опускання

Мінімальна швидкість опускання (FW_T_SINK_MIN) масштабується як функція відношення ваги

Мінімальна швидкість опускання може бути записана як:

$${\dot{h}}_{\text{min}}=\sqrt{\frac{2mg}{\rho S}}f(C_L,C_D)$$

де $\rho$ - щільність повітря, S - площа опорної поверхні крила, а $f(C_L,C_D)$ - функція полюсів, підйому та опору.

З цього рівняння бачимо, що мінімальна швидкість опускання масштабується з квадратним коренем відношення ваги.

Вплив ваги на межі швидкості повітря

The minimum airspeed (FW_AIRSPD_MIN), the stall airspeed (FW_AIRSPD_STALL) and trim airspeed (FW_AIRSPD_TRIM) are adjusted based on the weight ratio specified by WEIGHT_BASE and WEIGHT_GROSS.

У стані сталого польоту ми можемо вимагати, щоб підйом був рівним вазіллю транспортного засобу:

$$\text{Lift}=mg=\frac{1}{2}\rho V^{2}S{C}_L$$

перегруповування цього рівняння для швидкості повітря дає:

$$V=\sqrt{\frac{2mg}{\rho S{C}_L}}$$

З цього рівняння ми бачимо, що якщо ми припускаємо постійний кут атаки (який, як правило, ми бажаємо), вага транспортного засобу впливає на швидкість повітря з квадратним коренем відношення. Отже, обмеження швидкості повітря, згадані вище, масштабуються за допомогою квадратного кореня відношення ваги.

Effect of Bank Angle on Airspeed Limits

Flying a coordinated, level turn at bank angle $\varphi$ increases the load factor by $\frac{1}{\cos \varphi }$. This is similar to the added load factor due to weight (section above), and thus the stall and minimum airspeeds are increased by an additional factor of $\sqrt{\frac{1}{\cos \varphi }}$.

The maximum airspeed (FW_AIRSPD_MAX) is not compensated in this way, as it can represent structural limits of the airframe.

It can be that at maximum bank angle FW_R_LIM, the maximum airspeed is lower than the minimum airspeed (compensated for weight ratio and bank angle). This means the allowed airspeed range is empty at that bank angle. If a system is configured like this, a warning on the ground station is shown.

Вплив щільності на максимальну швидкість підйому

Максимальна швидкість підйому встановлюється за допомогою FW_T_CLMB_MAX.

Як ми вже бачили раніше, максимальна швидкість підйому може бути сформульована як:

$${\dot{h}}_{\text{max}}=\frac{V\cdot (\text{Thrust}-\text{Drag})}{m\cdot g}$$

Густина повітря впливає на швидкість повітря, тягу та опір, і моделювання цих ефектів не є прямолінійним. Проте ми можемо посилатися на літературу та досвід, які вказують, що для літака з гвинтовим пропелером максимальна швидкість підйому зменшується приблизно лінійно з густиною повітря. Таким чином, ми можемо написати максимальну швидкість підйому як:

$${\dot{h}}_{\text{max}}=\hat{\dot{h}}\cdot \frac{{\rho }_{\text{sealevel}}}{\rho }K$$

where ${\rho }_{\text{sealevel}}$ is the air density at sea level in the standard atmosphere and K is a scaling factor which determines the slope of the function. Замість спроби ідентифікувати ці константи, звичайною практикою в авіації є вказання висоти службового стелі, на якій транспортний засіб все ще може досягти мінімально вказаної швидкості підйому.

Вплив щільності на мінімальну швидкість опускання

Мінімальна швидкість опускання встановлюється за допомогою FW_T_SINK_MIN.

У попередніх розділах ми бачили формулу для мінімальної швидкості опускання:

$${\dot{h}}_{\text{min}}=\sqrt{\frac{2mg}{\rho S}}f(C_L,C_D)$$

Це показує, що мінімальна швидкість опускання масштабується з квадратним коренем відношення оберненої густини повітря.

Вплив щільності на обертовий регулятор обрізання

TODO: Додати тут похідну.