Guida Droni FPV per Principianti
Introduzione al mondo FPV.
FPV è l’acronimo di First Person View ovvero, visione in prima persona. In pratica significa equipaggiare il drone con una telecamera in modo tale che tu possa vedere le stesse cose che vede il drone mentre lo piloti. È come se fossi seduto in cabina di pilotaggio, volando come un vero pilota, con la differenza che sei fermo a terra.
Volare in FPV è un esperienza unica, la più surreale che tu possa mai provare. Puoi spostarti liberamente e andare ovunque tu voglia nello spazio tridimensionale, quindi puoi eseguire qualsiasi tipo di manovra che riesci ad immaginare.
Quando voli in FPV sembra di giocare ad un videogioco, ma è tutto reale. Non esiste la possibilità di riavviare la partita e potresti danneggiare il drone se lo fai cadere, per non parlare della possibilità di recare seri danni a persone o cose. Perdere il controllo a queste velocità può causare seri problemi.
Componenti di un quadricottero FPV.
Telaio
4 Motori
4 Eliche
4 ESC
Flight Controller (FC)
Batteria
Telecamera FPV
Inoltre, per poter volare servono anche questi oggetti:
Radiocomando (TX) e ricevente (RX)
Video trasmittente (VTX)
Antenne FPV
Occhiali o monitor FPV
Caricatore di LiPo
Flight Controller
Ci sono diversi firmware per flight controller che sono disponibili. Ciascuno di essi ha i propri vantaggi e svantaggi. I più comuni sono Betaflight, KISS, e FlightOne. Questi tre sono, a mio avviso i migliori, e sono aggiornati di continuo. Inoltre hanno una grossa comunità attorno, molto utile in caso di problemi.
ESC
Ogni ESC ha il proprio processore e quindi c’è un firmware che gira su ogni ESC. Il Flight Controller comunica con gli ESC utilizzando un protocollo. Se vuoi approfondire su questo tema ecco un post su Firmware e protocolli per ESC.
Come caricare le batterie LiPo.
Il voltaggio viene misurato in volt (V) ed indica il potenziale elettrico ai capi della batteria. Le batterie LiPo hanno una tensione nominale di 3,7 V. Per aumentare la tensione, e quindi la forza elettromotrice, le batterie vengono messe in serie, andando quindi a sommare le diverse tensioni nominali. Il numero di celle collegato in serie viene indicato con la lettera S. Quindi una batteria 4S avrà 4 celle collegate in serie, e la sua tensione nominale sarà: 3,7 V x 4 = 14,8 V
Una singola cella in una batteria LiPo è completamente carica quando la sua tensione è 4.2 V. Mentre sarà scarica a quando raggiunge 3,5 V.
E' importante non scaricare mai una cella sotto i 3,0 V, altrimenti la batteria si rovina permanentemente.
Infine, quando una batteria non viene usata per diversi giorni, è bene sempre portarla nello stato di storage, o stoccaggio. Questo è lo stato in cui ogni cella è a 3,8 V.
Tenere una batteria scarica o carica per diversi giorni rischia seriamente di degradarne le performance nel tempo.
La capacità standard per le batterie dei droni FPV si aggira attorno a 1300 mAh. Per i setup pensati per il long range questo valore può arrivare fino a 3000 mAh. Ma droni più grossi posso usare anche batterie da 10000 mAh.
Tipicamente non si scelgono batterie grosse poiché più capacità significa anche più peso e maggiori tempi di ricarica.
Il mio CARICA BATTERIE preferito è senza dubbio è l'ISDT Q6 Nano. E’ affidabile, intuitivo e compatto, ma soprattutto economico. L'unico svantaggio è che l'alimentatore viene venduto a parte oppure in kit.
L'ISDT Q6 Nano può caricare batterie fino a 6S.
Una batteria LiPo può stare carica 2 o 3 giorni. Lasciarla più tempo carica rischia di rovinarla e accorciarne drasticamente la sua vita. Se sai di non usare una LiPo per più di 3 giorni, mettila in storage (3.8 V per cella). La maggior parte dei carica batterie ha programmi di carica/scarica dedicati per portare una LiPo a voltaggio di storage.
Per quanto tempo possono stare in hover i droni?
Il tempo medio di hover nei droni moderni va da 5 a 30 minuti. I droni di solito possono stare in hover più a lungo di quanto possano volare, perché i motori devono solo combattere il peso del drone e non muoverlo. Quindi la batteria si scarica più lentamente.
Tipicamente, 20 minuti è il tempo di volo dei droni più comuni. Tuttavia, quanti minuti può volare un drone dipendono dal prezzo e dal tipo di drone.
Quanto tempo ci vuole a caricare una batteria?
In genere il tempo richiesto per caricare una batteria di un drone è 60 minuti. Il tempo di ricarica dipende ovviamente dalla dimensione della batteria e dalla potenza del carica batterie.
Di norma è sempre meglio caricare la batteria lentamente, questo oltre ad evitare che la batteria si scaldi. Il calore aumenta la probabilità di danneggiare la resistenza interna della batteria.
Di conseguenza, le batteria caricate lentamente avranno vita più lunga.
Il vantaggio di questo tipo di batteria è che sono più dense di energia, fornendo cosi maggiore potenza a parità di peso.
Le batterie LiPo hanno anche difetti, oltre ad essere tra le più care sul mercato hanno anche un ciclo di vita relativamente breve, si parla di 300-500 cicli di ricarica.
Scaricare Betaflight Configurator e come tunare i PID
Betaflight è un firmware open source compatibile con molti flight controller, questo firmware è progettato appositamente per mini quad.
https://github.com/betaflight/betaflight-configurator/releases
Quando compri un nuovo FC ti arriva sempre con una versione di Betaflight già installata. Quindi in realtà, non c'è bisogno di flashare il nuovo firmware a meno che tu non voglia usare l'ultima versione di Betaflight, e solitamente non è mai una cattiva idea.
TUNING.
La maggior parte dei configuratori di quad come Betaflight e KISS permettono di aggiustare i valori PID per migliorare le performance di volo. In questo tutorial cerco di spiegare cosa si intende con PID, quali sono gli effetti sulla stabilità e manovrabilità del drone e anche qualche consiglio su come tunare i PID.
PID è un acronimo che sta per Proporzionale, Integrale e Derativo. Parte del lavoro che il flight controller svolge durante il volo è eseguire questo algoritmo. L'FC legge dati dai sensori e calcola quanto veloci i motori devono girare per poter avere la velocità di rotazione che si desidera.
Lo scopo del sistema di controllo PID è quello di correggere l'errore, ovvero la differenza tra il valore misurato dal giroscopio e il setpoint, ovvero la velocità di rotazione che si desidera. L'errore può essere minimizzato aggiustando i controlli di input ad ogni iterazione, e di conseguenza cambierà la velocità dei motori.
“P” controlla l'errore istantaneo – più lontano si trova dal setpoint e con più forza cerca di avvicinarsi
“D” è una previsione sull'errore futuro – guarda quanto velocemente ci si avvicina al setpoint e cerca di contrastare l'effetto del termine P per minimizzare la possibilità di andare oltre
“I” è la somma degli errori passati, e controlla le forze che avvengono nel tempo; per esempio se il tuo quad devia costantemente da un setpoint per colpa del vento, questo termine farà in modo di compensare questo effetto
Termine P
Il termine P determina con quanta forza il flight controller cerca di correggere l'errore per ottenere la traiettoria di volo che si vuole seguire.
In generale, un valore alto per il termine P si traduce in un controllo più deciso, mentre per valori bassi di P avrai un controllo più delicato.
Puoi anche immaginarlo come il parametro che gestisce la sensitività e la risposta del quad. Per valori alti di P il quad risponderà in modo più scattante, quasi come se avessi aumentato i tuoi rate.
Se il valore di P è troppo alto, il quad diventa troppo sensibile e cercherà di correggere eccessivamente gli errori. In questi casi, la correzione dell'errore va troppo oltre e il tuo quad avrà oscillerà ad alta frequenza durante il volo. Queste oscillazioni saranno più nette nel momento in cui viri con molta decisione.
Se devi ridurre le osccillazioni, una possibilità è quella di ridurre il termine P, ma attento a non ridurlo troppo altrimenti il quad inizierà a risultare troppo morbido nelle risposte.
Termine I
Il termine I determina con quanta forza il flight controller cerca di mantenere l'altitudine del drone rispetto alle forze esterne, come ad esempio vento e baricentro sbilanciato.
Puoi vederlo come ad un parametro di rigidità quando il quad si muove in stallo, e quanto bene riesce a mantenere la sua altitudine.
Con Betaflight, il termine I di default funziona abbastanza bene su quasi tutti i quad. Ma se noti una sorta drifting, allora potresti provare ad aumentarlo. Quando I è troppo basso potresti dover correggiere la traiettoria molto più spesso, specialmente se hai utilizzi il gas.
Qundo I diventa troppo alto, il drone sembrerà molto rigido e non agile. Un valore eccessivo di I potrebbe causare anche oscillazioni a bassa frequenza.
Un altro problma che il termine I può risolovere sono i così detti “throttle dips“, ovvero dopo una forte accelerezione verso l'alto, nel momento in cui si azzera il gas, il muso del quad tende verso il basso.
Nessuna coppia di ESC, motori o eliche sono veramente identiche, e quindi esse forniranno diversi livelli di spinta. Quando fai un punch out, ovvero dai. molto gas per poi abbssarlo velocemente, gli RPM dei diversi motori potrebbero essere leggermente out-of-sync causando un throttle dip.
Aumentando i termine I, puoi fixare questi piccoli dettagli nelle performance di volo. Qualche tempo fa, per evitare troppa rigidità nei quad, in Betaflitght venne introdotta una feature chiamata “Anti Gravity“. In poche parole, permette di avere un termine I basso mentre si fa cruising, e durante i punch out il termine I viene aumentato temporanemente.
Termine D
Il termine D serve a smorzare e ridurre la correzione eccessiva causati da termine P. Riduce la sensazione di avere un quad che rimbalza troppo, aumentando D puoi ammorbidire e contrastare le oscillazioni dovute ad un valore troppo alto di P, inoltre è utile per minimizzare le oscillazioni causate dal propwash.
Quando D è troppo basso, il tuo quad avrà dei bounce-back alla fine di un flip o di un roll, inoltre potrai notare un peggioramento nelle oscillazioni causate dal propwash durante le discesce verticali.
Aumentare D può migliorare questi problemi, tuttavia, un valore eccessivamente alto di D, può introdurre vibrazioni nel drone perchè amplifica il ruomore all'interno del sistema, e questo porta al surriscaldamento dei motori.
Un altro effetto collateralle di un D troppo alto è una diminuzione nella risposta del quad.