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XMegaTool


Konfiguration mit dem XMegaTool

Es handelt sich um ein GUI welches zunächst auf Windows Betriebssystemen läuft.
Hiermit ist eine übersichtliche Konfiguration der Kopterparameter möglich.
Außerdem können Analysen mit Graphen durchgeführt werden.
Auch ein Update der "XMegaControl" "XMegaNavi" und "XMegaMini" funktioniert mit diesem Tool.


  • Aktuelle Version im Beta-Test-Paket.
    Um die aktuelle Version zu nutzen, bitte das Beta-Test-Paket downloaden.
    In diesem Paket sind alle erforderlichen Komponenten enthalten:
    Beta-Test-Paket

  • Anpassung an Firmware EEPROM 32.
    Einstellungen für den Positions-Regler.
    Settings lassen sich nun im XMegaTool speichern und wieder zurückladen.
    Wegpunkgenerator (zunächst noch ohne Funktion auf der XMegaNavi, folgt mit nächstem Update)
    XMegaTool_10_32_130221 (für XMegaFlight EEPROM:32)







Verbindung mit der XMC/XMM herstellen


Zunächst ist der richtige COM Port, mit welchem der PC mit der XMC/XMM verbunden ist, auszuwählen.
Die "connected" Meldung rechts neben der der Auswahlbox signalisiert lediglich, ob die Verbindung mit dem COM-Port besteht.
Erst ein "Setting loaded" signalisiert die richtige Kommunikation mit der XMC/XMM.
Ein "Setting missmatch" bedeutet, das eine falsche Firmware geladen ist.
"Setting not loaded" wird immer angezeigt, wenn die Verbindung nicht besteht.
Man kann das Laden der Settings in die Anwendung jederzeit wiederholen.
Das ist z.B. nach dem Flash Vorgang der Firmware notwendig und kann durch Klicken auf "Reload Setting" durchgeführt werden.



Firmware der XMC/XMM updaten


Es ist nur möglich eine neue Firmware zu flashen, wenn das Terminalfenster geöffnet ist.
Bitte den Flash Vorgang immer bis zum Schluss abwarten, und diesen niemals mit Eingaben oder Trennen der Verbindung unterbrechen.
Das Aufspielen der Firmware kann je nach Verbindungstyp unterschiedlich lange dauern, wobei der Verlauf sowohl im Terminalfenster durch Sternchen als auch in einem Fortschrittsbalken visualisiert wird.


Von XMegaKopter.de ausgelieferte Firmwaredateien haben die Endung CRY.
Jede Firmwaredatei hat neben der Versionsnummer und einem Compilerdatum noch eine EEPROM Version.
Diese EEPROM Version gibt Aufschluss darüber, ob sich am Aufbau des Settings etwas geändert hat.
Ändert sich diese EEPROM Version nach dem Überschreiben einer Firmware, so geht das alte Setting verloren.
Einstellungen sind dann erneut durchzuführen.
Das XMegaTool und die Firmware (XMegaFlight) müssen immer die selbe EEPROM Version haben, damit das GUI bedienbar ist.
Das Terminal sowie die Möglichkeit zum Flashen bleibt jedoch immer erhalten.

Firmware der XMN updaten

Zunächst muss die serielle Schnittstelle durch die XMegaControl (XMC) auf die XmegaNavi (XMN) gerootet werden.
Dieses Durchschalten erreicht man mit einem Kommando im Terminal Fenster:

XMC>XMN
OK
XMN>

Es erscheint ein neuer Prompt "XMN>".
Dieser Prommt zeigt uns nun, das wir mit der XMegaNavi kommunizieren.
Das Flashen der Firmware kann nun auf gleiche Weise wie bei der "XMC" erfolgen.
Nach dem Flashvorgang bitte die Stromversorgung des Kopters unterbrechen und den Kopter dann erneut anschließen.
Dieses ist erforderlich, da die XMN die erforderlichen Settings von der XMC nach jedem Start erhält.
Alle Einstellungen befinden sich also ausschließlich auf der XMC.


Setting im EEPROM der XMC/XMM dauerhaft speichern.


Parameter die über das GUI oder über Terminaleingaben verändert werden, sind nur so lange aktiv, bis ein Neustart der XMC/XMM erfolgt.
Um Settings dauerhaft in die XMC/XMM zu speichern, ist ein Klick auf den Button "Write EEPROM" notwendig.
Dieser Button darf niemals wärend des Fluges betätigt werden, da hierdurch die Lage-Regelung für ca. 1 Sekunde ausfällt.

Setting auf Datenträger speichern und wieder laden.


Nachdem das XMegaTool nach einem Neustart oder nach dem Drücken auf "Reload Setting" alle Parameter gelesen hat, kann man dieses gesamte Setting auf Datenträger speichern.

Mit dem Icon "Load Setting" wird ein gespeichertes Setting wieder auf die XMC/XMM geladen.
Es öffnet sich zusätzlich eine Importfilter-Maske mit der es möglich ist, nur bestimmte Teile eines Settings zu laden.
Das Bearbeiten der neuen Parameter kann erst erfolgen, wenn vorher ein "Reload Setting" erfolgt. Die XMC/XMM speichert die geladenen Parameter erst dauerhaft ab, wenn man nach "Load Setting" "Write EEPROM" drückt.



Terminal

Bild XMegaTool Terminal (54k)
XMegaTool Terminal



Das Terminal ermöglicht eine direkte Eingabe von Kommandos, um die XMC/XMM zu konfigurieren.
Hier können auch Parameter geändert werden, welche über die GUI nicht erreichbar sind.
Es ist auch möglich Fehler genauer zu analysieren.
Eine genauere Beschreibung der Kommandos findet man hier: Developer


Graph

Bild XMegaTool Graph (71k)
XMegaTool Graph



Mit der Anzeige von Graphen ist es möglich, die Funktion der Hardware zu testen, oder Parameter zu optimieren.
Hierzu stehen eine Vielzahl von Messwerten oder berechneten Werten zur Verfügung, welche in einem Zeitdiagramm überlagert dargestellt werden können.
Um einen Wert zur Anzeige zu bringen, ist dieser zunächst in der Auswahlbox zu selektieren.
Dann kann für diesen Wert noch die Auflösung/Verstärkung eingestellt werden.
Um die Ausgabe zu beginnen, drückt man dann nur noch "Start".
"Stop" sorgt dann für das Beenden der Ausgabe.

WertBedeutung
0dieser Kanal wird nicht mehr angezeigt (Clear)
gyro_x/y/zdie direkten GYRO Messwerte
gmax_x/y/zder maximale absolute GYRO Messwert (Vibrationsmessung)
wink_x/y/zdie berechneten Winkel aus GYRO und ACC
stick_x/y/zdie Messwerte der Stickausschläge
diff_x/y/zdie Differenz zwischen Sollwert und Istwert (Stickwert und Winkel)
stell_x/y/z/hdie Stellwerte, Ausgang der Regler
acc_x/y/zdie direkten ACC Messwerte
beszdie Beschleunigung der Z-Achse
acc3_x/ydie gemittelten ACC Messwerte
accw_x/ydie berechneten Winkel aus ACC
compa_x/ydie Beschleunigung in X/Y-Richtung auf die Horizontale transformiert
mag_x/y/zdie direkten Magnetometer Messwerte
kompm_x/ydie Kompass Werte in X/Y-Richtung auf die Horizontale transformiert
kompm_wder Kompass Winkel auf die Horizontale transformiert
m1/2/3/4/5/6/7/8die Motoren Ansteuerungswerte
xmnMesswert aus der XMegaNavi, welcher vorher auf der XMN aboniert wird.



Parameter Test

Bild XMegaTool Parameter-Test (37k)
XMegaTool Parameter-Test



Diese Funktion ermöglicht das direkte Testen von Parametern.
Als erstes ist das Kommando für den zu testenden Parameter in das Eingabefeld einzugeben.
Siehe hierzu auch die Liste aller Kommandos auf: Developer
Als Beispiel wird hier der Motor 1 im Motortest angesteuert.
Der Button "SEND" überträgt den eingetragenen Wert zur XMC/XMM.
Alle Übertragenen Parameter sind sofort gültig und wirken sich direkt aus.
Mit Hilfe des Schiebereglers kann ein Wert zwischen einem minimalem und einem maximalen Wert verändert werden.
Ist der Haken "Auto SEND" gesetzt, so findet die Übertragung sofort nach der Veränderung das Schiebereglers statt.
Erkennbar ist dieses an einer grünen Hinterlegung des Wertes.
So lange der Wert rot hinterlegt ist, hat noch keine Übertragung stattgefunden.


Motor Test

Bild XMegaTool Motor-Test (58k)
XMegaTool Motor-Test



Der Motor Test gestattet das manuelle Ansteuern der Motoren.
Diese Funktion kann nützlich sein, um Regler oder den Motorenlauf zu testen.
Auch das Auswuchten von Propellern ist hiermit sehr gut durchzuführen.
Bei der Veränderung von PWM-Einstellungen kann über die Schieberegler die Wirkung überprüft werden.
Es ist sowohl die Einzel- sowie auch eine Gesamtansteuerung möglich.


Empfänger

Bild XMegaTool RX (82k)
XMegaTool Empfänger



Diese Seite der GUI dient dazu, den Fernsteuer-Empfänger an die XMC/XMM anzubinden.
Zunächst muss hierfür der richtige Empfängertyp unter der Einstellung "RX" ausgewählt werden.
Folgende Varianten sind möglich:

  • PPM
    Ein Empfänger mit PPM-Summensignal Ausgang.
    Es kann sich sowohl um einen analogen 35 MHz sowie auch um einen digitalen 2,4 GHz Empfänger handeln.
  • GRAUPNER
    Ein Empfänger mit invertiertem PPM-Summensignal.
    Sollte die Einstellung PPM zu Fehlern führen, so kann man diese Einstellung versuchen.
  • JETI
    Der Jeti Duplex Satellitenempfänger ermöglicht auch die Übertragung von Telemetriedaten und Einstellungen auf eine Jeti-Box.
    Bitte hierzu auch den richtigen Anschluss beachten. Siehe: XMegaKopter
  • SPEKTRUM
    Der Spektrum DSM2 Satellitenempfänger.
    Ein Umschalten von und zu Spektrum erfordert einen Neustart der XMC
    Siehe auch: XMegaKopter



Kanäle deren Sticks/Potis in Mittelstellung stehen, sollten den Wert 0 anzeigen (Bitte dazu die Trimmung an der Fernsteuerung deaktivieren).
Ist der Wert trotzdem nicht Null, so kann man die PPM Auswertung kalibriert.
Diese Einstellung erfolgt mit Hilfe von "Calibrate".
"Auto Cal" hat die Aufgabe die Mittelstellung automatisch zu ermitteln.
Das kann bei sehr alten Sendern notwendig sein, welche sehr stark driften.
Die Autokalibrierung wird gleichzeitig mit der Gyro Kalibrierung durchgeführt (Stick oben links).
Bei der Autokalibrierung muss der Nick- und Roll-Stick in der Mitte stehen, da diese Kanäle als Referenz verwendet werden.

Die Anzahl der Kanäle wird normalerweise von der XMC/XMM automatisch ermittelt.
Stellt man hier jedoch die Anzahl fest ein, so findet zusätzlich eine Fehlerauswertung des PPM-Signals statt.
Digitale Empfänger mit eigener Fehlerauswertung sollte man in der Einstellung "AUTO" betreiben, ältere analoge 35 MHz Empfänger hingegen mit vorgegebener Kanalzahl.

Die Zuweisung der Fernsteuer Kanäle zu den XMC/XMM Funktionen erfolgt mit den Eingangs Auswahlboxen.
Hierbei ist unbedingt darauf zu achten, das jeder Kanal nur einmal zugewiesen wird, da es sonst zu Fehlfunktionen kommen kann.

Mit Hilfe der Balken kann die korrekte Zuweisung dann überprüft werden.
Gier, Nick und Roll sollten unbedingt auf nahezu Null (+-20) in der Mittelstellung kommen.
Die Endausschläge sollten bei 100 % (1600 +-100) liegen.
Ist das nicht der Fall, so ist es nicht möglich die Motoren zu starten oder die ACC/GYRO Kalibrierung durchzuführen.
Bei nicht Erreichen der Endwerte (1600), ist das über die Servowegeinstellung an der Fernsteuerung zu beheben.


Batterie

Bild XMegaTool Batterie (21k)
XMegaTool Batterie



Um zu verhindern, das man den Flugakku zu leer fliegt, besteht die Möglichkeit die Spannung zu überwachen.
Ein Kalibrieren der Spannungsüberwachung ist über "Calibrate" möglich.
Hierzu muss eine definierte Spannung an die Stromversorgung des Kopters angeschlossen werden.
Das kann ein Netzteil mit genauer Spannungsanzeige oder ein voller Akku sein, bei welchem die maximale Spannung ja bekannt ist (3S 12,6 Volt, 4S 16,8 Volt).
Mit dem Schieberegler ist es dann möglich, die Anzeige zur Deckung zu bringen.
Nach einer Kalibrierung ist immer eine neue Einstellung der minimalen Zellenspannung notwendig.

Die Zellenspannung sollte niemals unter 3,3 Volt sinken, damit keine Schädigung des Akkus auftritt.
Mit dieser Einstellung wird die minimale Akkuspannung in mV festgelegt.
Sollte der Akku unter diese Spannung sinken, so wird dieses über den Beeper und die rote LED signalisiert.
Es wird hier die Spannung einer einzelnen Zelle angegeben.
Das sind normalerweise 3300 mV.
Da die Software automatisch die Zellenzahl ermittelt, kann zwischen den Flügen die Art (2S, 3S, 4S ...) gewechselt werden, ohne die Einstellung zu ändern.


Motor

Bild XMegaTool Motor (64k)
XMegaTool Motor



Die XMC lässt 2 Typen von Motor Stellern (Reglern) zu.

  • I²C
    Das sind Motor-Steller, welche mit dem I²C Protokoll anzusteuern sind.
    Es kann sich hierbei um MK Regler V1.2 oder V2.0 handeln oder kompatible Motor Steller welche ebenfalls diese Ansteuerung unterstützen.
  • PWM
    PWM Steller sind im übrigen Modellbau sehr verbreitet.
    Viele dieser kostengünstigen Regler können deshalb auch verwendet werden.
    Die Regler sollten jedoch schnell genug sein, also eine Framerate von 2,5 ms unterstützen.
  • PWM Service all
    Hier handelt es sich nicht um eine normale Einstellung, sondern um einen Service Mode.
    Dabei wird das Fernsteuersignal (Gas Wert) direkt zu allen Motor-Stellern weitergeleitet.
    Dieser Mode dient dazu, die Motor-Steller zu programmieren.
    Der Service Mode ist hierzu ins EEPROM zu speichern.
    Dann erfolgt ein Neustart des Kopters mit vollem Gas am Fernsteuer-Stick.
    Die Regler gehen daraufhin in den Programmiermode und lassen sich, wie aus dem Service Manual der Steller zu entnehmen, programmieren.
    Nach dieser Aktion ist dann wieder der normale PWM Mode auszuwählen und ins EEPROM zu speichern.
  • PWM Service 1-8
    Dabei handelt es sich um das gleiche Verfahren wie vorher, jedoch kann hier nur ein einzelner Regler angesprochen werden.



Die "Anzahl Motoren" ist sicherlich selbsterklärend.

"Min Gas" legt den minimalen Gaswert der Motoren fest.
Die Bruschless Motoren benötigen immer eine minimale Drehzahl, damit diese sicher vom Motorsteller angesteuert werden können.
Sollte die Motordrehzahl zu gering werden oder der Motor bleibt stehen, führt das meistens zu einem Absturz. Das liegt daran, das der Motorsteller den Motor dann erst wieder mit einer speziellen Anlaufprozedur starten muss.
Das kann auch mal mehrere Sekunden dauern.
In dieser Zeit nimmt der Motor dann kein Gas an.
Die gesamte Lageregelung kann also nicht mehr arbeiten.
Diese Einstellung sollte also so großzügig sein, das der Motor auch nicht im freien Fall des Kopters stehen bleibt und noch ein genügend großer Gas Wert vorhanden ist.
Dieser wird auch gehalten, wenn der Gas-Stick ganz auf Null steht.

"Start Gas" ist dafür zuständig, das die Motoren beim Starten für eine gewisse Zeit "Start Zeit" mit einem erhöhten "Min Gas" laufen.
Dieses Verfahren sorgt dafür, das die Motoren sicher anlaufen.
Das ist besonders wichtig, bei sehr kleinen Motoren, da diese die Eigenschaft haben, nicht so sicher anzulaufen.
Die "Start Zeit" wird in 1/10 Sekunden angegeben.

Die "Gas Korrektur" beeinflusst den Gas Stellwert.
Beim starken Regeln kommt es vor, das der Kopter steigt.
Führt man schnelle Stickbewegungen (Gier, Roll, Nick) durch, sollte der Kopter seine Höhe behalten und nicht steigen.
Um so höher dieser Wert eingestellt wird, um so stärker wird das Gas, bei großer Regelung, vermindert und somit dieser Effekt reduziert.

Die "Motor Matrize" bewirkt eine Festlegung der Wirkachse und Wirkgröße der einzelnen Motoren.
Hiermit wird der Firmware also der Aufbau des Kopters mitgeteilt.
So sehen die Verschiedenen Matrizen aus:

Quadro-Kopter +:


Quadro Kopter +
 Motor 1Motor 2Motor 3Motor 4Motor 5Motor 6Motor 7Motor 8
x-(Roll)00-2562560000
y-(Nick)-256256000000
z-(Gier)256256-256-2560000
g-(Gas)5125125125120000


Quadro-Kopter x:


Quadro Kopter x
 Motor 1Motor 2Motor 3Motor 4Motor 5Motor 6Motor 7Motor 8
x-(Roll)-256256-2562560000
y-(Nick)-256256256-2560000
z-(Gier)256256-256-2560000
g-(Gas)5125125125120000


Hexa-Kopter:


Hexa Kopter
 Motor 1Motor 2Motor 3Motor 4Motor 5Motor 6Motor 7Motor 8
x-(Roll)0-256-256025625600
y-(Nick)-223-223223223223-22300
z-(Gier)256-256256-256256-25600
g-(Gas)51251251251251251200


Okto-Kopter:


Okto Kopter
 Motor 1Motor 2Motor 3Motor 4Motor 5Motor 6Motor 7Motor 8
x-(Roll)-256-256-256-256256256256256
y-(Nick)-256-256256256256256-256-256
z-(Gier)256-256256-256256-256256-256
g-(Gas)512512512512512512512512


In Zukunft wird man die Matrize auch speichern und laden können, damit sich nicht jeder hierüber Gedanken machen muss.


Fail-Save

Bild XMegaTool Fail-Save (17k)
XMegaTool Fail-Save



Bei einem Ausfall des PPM-Empfangssignals führt die IMU eine Failsave Funktion durch.
Hierbei wird der Kopter automatisch in die waagerecht Fluglage und die Gaseinstellung auf einen Wert gebracht, so das der Kopter langsam sinkt.
Diese Schwebegaseinstellung "Not Gas" sollte man vor dem ersten Flug einstellen.
Außerdem ist zusätzlich noch die "Not Gas Zeit" in Sekunden festzulegen.


Flag

Bild XMegaTool Flag (25k)
XMegaTool Flag



Flugmodus

  • ACC stabilisiert
    Dieser Modus ist der normale Flugmodus, welcher den Kopter automatisch immer in die waagerechte Fluglage bringt, wenn man den Roll/Nick Stick loslässt (Mittelstellung).
  • Heading Hold
    In diesem Modus bestimmen die Sticks für Roll und Nick nicht mehr den absoluten Sollwinkel des Kopters sondern seine Drehrate um diese Achse.
    Das bedeutet, wenn der Stick nach vorne gedrückt wird, so dreht sich der Kopter je nach Stickausschlag mit entsprechender Drehrate nach vorne.
    Lässt man den Stick wieder los (Mittelstellung), so verbleibt der Kopter in seiner Schieflage und nimmt weiter Geschwindigkeit auf.
    Erst durch ziehen an dem Nick Stick kann man den Kopter wieder in die waagerecht Lage bringen.
    Man muss den Kopter in diesem Mode also aktiv selber stabilisieren.
    Dieser Mode sollte nur von fortgeschrittenen Kopter Piloten verwendet werden, oder solchen, denen das Hubschrauber Fliegen nicht unbekannt ist.
    Der große Vorteil des HH Modes ist es, den Kopter ganz um seine x-(Roll) und y-(Nick) Achse zu drehen.
    Hierdurch sind Loops, Rollen und Flips kein Problem mehr.
  • ACC/HH Schalter 11
    Wer nicht auf den stabilisierten Flugmodus verzichten möchte und gelegentlich dabei doch 3-D Einlagen fliegt, kann den HH Mode bei Bedarf mit dem Schalter 11 einschalten.
    Hat man den Kopter dann nicht mehr unter Kontrolle, so ist ein Wechsel in den ACC Mode jederzeit möglich.
  • ACC/Foto Schalter 11
    Diese Einstellung ist für Fotografen und Videofilmer interessant. Nach dem Einschalten des Foto Moduses mit dem Schalter 11 ist ein sehr weiches Fliegen möglich. Fotos verwackeln nicht und bei Videos sind sehr langsame Schwenks möglich. Die Umschaltung greift in die Stick Einstellung ein und veringert die Roll/Nick Empfindlichkeit auf die Hälfte sowie die Gier Empfindlichkeit auf 1/4. Zusätzlich wird die Roll/Nick Differenzverstärkung abgeschaltet.

Höhenregelung

  • aus
    Es wird kein Luftdrucksensor abgefragt. Die Höhen-Regelung ist deaktiviert.
    Sinnvoll ist diese Einstellung z.B. bei der XMegaMini, da ja kein Luftdrucksensor vorhanden ist.
  • Vario Schalter 7
    Der Höhenregler (Vario Höhe) kann genutzt werden.
    Schaltet man den Schalter 7 im normalen Schwebeflug um, so merkt sich die XMC die Position des Gas Sticks und den zu dieser Zeit herrschenden Luftdruck.
    Dieser gemessene Luftdruck ist dann der Soll-Luftdruck und wird mit dem Ist-Luftdruck verglichen.
    Der Höhenregler verwendet diese Differenz um das Gas zu steuern und somit die Höhe zu halten.
    Eine Änderung des Gas Sticks bewirkt nun eine Erhöhung oder Verringerung des Soll-Luftdrucks.
    Um eine Rückmeldung über den Anstieg oder den Abfall des Soll-Luftdrucks zu erhalten, gibt der Beeper akustische Knacksignale aus.

Kompass

  • aus
    Der Kompass wird nicht für dir Gier Drift Stabilisierung herangezogen.
    Diese Einstellung ist z.B. bei der XMegaMini notwendig, da ja kein Magnetometer vorhanden ist.
  • ein
    Die Gier Drift wird bei dieser Einstellung duch den Kompass kompensiert.
    Diese Einstellung ist unbedingt notwendig, wenn die XMegaNavi verwendet wird.
    Die gemessenen Gier Winkel sind jetzt auf das Magnetfeld der Erde bezogen und können bei der Navigation über GPS verwendet werden.

GPS

  • aus
    Diese Einstellung wird verwendet, wenn keine XMegaNavi vorhanden ist, oder diese nicht genutzt werden soll.
  • GPS Schalter 8
    Soll die Navigation (GPS Hold, Coming Home, Waypoints) verwendet werden, ist diese Einstellung richtig.
    Die XMegaNavi muss auf die XMegaControl gesteckt und der Kompass muss aktiviert sein, um die GPS Funktionen zu verwenden.
    Der 3 Stufen Schalter 8 steuert nun die Funktionen GPS OFF, GPS Hold/Waypoints, Coming Home.

Stick

Bild XMegaTool Stick (32k)
XMegaTool Stick



Für jeden Stick der Fernsteuerung kann ein Verstärkungswert eingestellt werden.
Dieser Wert legt den Proportionalfaktor dieses Gebers fest.

Mit "Verstärkung Nick/Roll" wird der Faktor des Roll und Gier Sticks eingestellt.
Ein kleiner Wert führt dazu, das der maximale Winkel der Roll (x-Achse) und Nick (y-Achse) auch klein ist.
Anfänger können den Kopter dann einfacher auf Position halten.
Um so größer der Wert ist, um so argieler kann geflogen werden.
Eine Schräglage des Kopters über 90 Grad ist aber meistens nicht sinnvoll.
Wer doch so extrem fliegen möchte, sollte dann den HH-Mode verwenden.
Um die Trägheit des Kopters und die Verzögerung durch die Lageregler zu kompensieren, gibt es zwei weitere Parameter.
Das sind dt und dp für Nick/Roll. Hierzu werden die beiden Stick Signale differenziert und auf das vorhandene Stick Signal addiert.
Es ergibt sich also eine Überhöhung des Stellwertes bei der Bewegung der Sticks.
Das führt zu einer schnelleren Reaktion des Kopters.
Der Wert dp ist hierbei die Überhöhung und dt der Zeitliche Verlauf.

Der Wert "Verstärkung Gier" legt den Faktor des Gier Sticks fest. Ein kleiner Wert führt dazu, das die maximale Gier-Drehrate (z-Achse) gering ist.
Ein großer Wert erhöht diese Drehrate.
Dabei ist zu beachten, das die Begrenzung des Gier Stellwertes dann auch erhöht werden muss, damit der Kopter dem Sollwert auch folgen kann.

Die "Verstärkung Gas" bestimmt den Faktor des Gas Sticks.
Ein kleiner Wert führt dazu, das eine Veränderung am Stick eine kleine Gas Änderung ergibt.
Hier ist dann aber auch kein Vollgas mehr möglich.
Für Anfänger ist ein kleiner Wert sinnvoll um den Schwebepunkt besser halten zu können.
Für fortgeschrittene Piloten sollte der Wert so eingestellt werden, das die Vollgas Stick Position nicht ganz Vollgas der Motoren hervorruft.
Das ist notwendig, um einen Regelbereich zu belassen und die Motoren nicht ins maximale Gas zu fahren.


Lage-Regler

Bild XMegaTool Regler (76k)
XMegaTool Regler


Roll/Nick Regler

Der Regler für Roll (x-Achse) und Nick (y-Achse) ist aus zwei in Serie geschalteten PID-Reglern aufgebaut.
Der erste dieser beiden Regler ist der Winkel-Regler, der zweite der Gyro-Regler.
Im Heading Hold Modus wird der Winkel-Regler ausgeschaltet und die Stick-Werte gelangen direkt auf den Gyro-Regler.

Der Winkel Regler hat die Aufgabe alle Winkel der Roll- und Nick-Achse auszuregeln.
Hierzu bekommt dieser als Eingangsröße die Regelabweichung aus Stickwinkeln und berechnetem Istwinkel.
Die Parameter dieses Reglers haben folgende Aufgabe.
P:
Legt den Proportionalfaktor des Nick Roll Winkel-Reglers fest.
Der Wert sollte so eingestellt werden, das der Kopter den Sticks ohne Überschwinger folgt.
Zu große Werte führen zum Schwingverhalten.
I:
Legt den Integralfaktor des Nick Roll Winkel-Reglers fest.
Hiermit kann eine dauernde Regelabweichung eliminiert werden.
Bei einem asymmetrischem Kopter oder einseitigen Lasten wird der Kopter dann trotzdem nach einer gewissen Zeit die Solllage einnehmen.
Um so größer der Wert, um so schneller geht dieser Vorgang.
Bei zu großen Werten tritt aber ebenfalls ein Schwingen auf.
D:
Legt den Differenzialfaktor des Nick Roll Winkel-Reglers fest.
Dieser Wert bestimmt im wesentlichen die Geschwindigkeit (Härte) der Stickansteuerung.
Für Kameraflüge, sollte der Wert sehr klein sein, für argieles Sportfliegen möglichst groß.
Dabei sollte man aber die maximal Einstellung, welche zu Überschwingern neigt, beachten.

Der Gyro Regler hat die Aufgabe die Flugstabilität und Windanfälligkeit in der Roll- und Nick-Achse zu verbessern.
Dieser Regler ist dem Winkel Regler nachgeschaltet.
Er bekommt als Eingangsgröße die Regelabweichung aus Stellwert des Winkel Reglers und die Gyro Drehraten der x- und y-Achse.
Es wird ein PID-Regler für Roll und Nick verwendet.
P:
Legt den Proportionalfaktor des Nick Roll Gyro-Reglers fest.
Der Wert bestimmt das Bestreben die momentanen Winkel (Nick und Roll) nicht zu verlassen.
Durch große Werte wird die Windanfälligkeit immer kleiner, aber die Motoren werden dann auch stärker durch harte Regelflanken belastet.
Der Stromverbrauch nimmt zu.
Zu große Werte führen wieder zu Schwingneigungen.
D:
Legt den Differenzialfaktor des Nick Roll Gyro-Reglers fest.
Der Wert bestimmt das Bestreben die momentanen Winkelgeschwindigkeiten (Nick und Roll) nicht zu verlassen.
Durch große Werte werden Überschwinger welche durch einen großen P-Wert entstehen gedämpft.
Zu große Werte führen aber zum Gegenteil.

Gier Regler

Der Regler für Gier (Z-Achse) besteht aus einem P-Regler (Winkel) und aus einem nachgeschaltetem PD-Regler (Gyro).
Er hat die Aufgabe die Gier Achse zu steuern und zu stabilisieren.
Der erste Regler (Winkel) kommt nur im Lock Modus, das heißt wenn der Gier Stick in Mittelstellung ist, zum Einsatz.
Er sorgt dafür, das der Kopter seine Richtung nicht mehr ändern kann.
P:
Hier wird lediglich ein P-Regler benötigt um die Haltekraft festzulegen.
Gier Lock Time:
Hier wird eine Zeit festgelegt, nach welcher der vorher beschriebene P-Regler eingeschaltet wird.
Der Gier Lock Timer startet bei Null, wenn der Gier Stick in der Neutralstellung steht.
Sobald der Timer den Wert dieser Einstellung überschritten hat, so schaltet dieser Regler ein.
Ab diesem Zeitpunk wird der Kopter seine Gier Lage nicht mehr verändern.
Die Gier Lock Funktion ist besonders zum Fotografieren interessant, da das Motiv nicht ständig aus dem horizontalen Winkel wandert.
Beim sportlichen Fliegen, mit schnellen Gier Wechseln, sört die Lock Funktion jedoch, so das man mit einem höheren Wert verhindern kann, das diese ständig auslöst.
Die Zeit ist in 1/10 Sekunden einzugeben.

Der nachfolgende PD-Regler stabilisiert dann die Z-Achse.
P:
Legt den Proportionalfaktor des Gier Gyro-Reglers fest.
Um so größer der Wert ist um so größer ist das Bestreben den Gier Winkel nicht zu verlassen.
Wie immer muss auch hier die Schwingungsgrenze beachtet werden.
D:
Legt den Differenzialfaktor des Gier Gyro-Reglers fest.
Der Wert bestimmt das Bestreben die momentane Winkelgeschwindigkeit (Gier) nicht zu verlassen.
Durch große Werte werden Überschwinger welche durch einen großen P-Wert entstehen gedämpft.

Roll/Nick Begrenzer

Bei der Verwendung von Reglern mit I-Anteil ist es immer notwendig, die Ausgangsgröße (Stellgröße) zu begrenzen um einen Überlauf zu verhindern.
Der Range aller folgenden Berechnungen liegt im Bereich von -32768 bis 32767.
Die Stellgrößen dürfen deshalb nicht größer sein.
Der Begrenzer im Roll/Nick-Regler legt den maximalen Stellwert des Gyro-Reglers fest.
Der Wert bestimmt am Ende die maximale Winkelgeschwindigkeit der Nick- und Roll-Drehachse.
Hierbei muss auch beachtet werden, das ein Überfahren der Stellwerte dazu führt, das die minimalen und maximalen Gaswerte der Motoransteuerung erreicht werden können, welches immer zu vermeiden ist.
Hier fehlt dann möglicherweise eine benötigte Regelreserve.

Gier Begrenzer

Der Begrenzer im Gier-Regler legt den maximalen Stellwert des Gyro-Reglers fest. Der Wert bestimmt am Ende die maximale Winkelgeschwindigkeit der Gier-Drehachse.
Hier muss ebenfalls beachtet werden, das zu große Werte die Motoren an die max. und min. Grenzen steuern.
Das kann dann dazu führen, das eine Achse (Gier oder Nick) nicht mehr regelbar ist und der Kopter dann über diese Achse weg kippt.


Höhen-Regler

Bild XMegaTool Regler-Höhe (46k)
XMegaTool Regler-Höhe



Um den Höhenregler grundsätzlich zu verwenden, muss unter Flag der Höhenregler aktiviert sein.
Erst dann kann wärend des Fluges, mit dem Schalter 7, die Höhenreglung (Vario) zugeschaltet werden.
Ist das nicht der Fall, so ist der Schalter deaktiviert und es findet auch keine Kommunikation mit dem Luftdrucksensor statt.

Die Höhenreglung arbeitet mit zwei parallel geschalteten Reglern.
Das ist zum einen der Press Regler und zur Dämpfungsunterstützung der ACC Regler.

Press Regler

P:
Legt den Proportionalfaktor des Press-Reglers fest.
Diese Einstellung bestimmt die Reglestärke des Höhenreglers.
Bei zu großen Werten fängt die Höhenregelung an zu schwingen.
D:
Legt den Differenzialfaktor des Press-Reglers fest.
Der D Wert dämpft das Schwingverhalten des Höhenreglers.

ACC Regler

P:
Legt den Proportionalfaktor des ACC-Reglers (ACC-Z-Achse) fest.
Hiermit kann der Höhen-Regler weiter gedämpft werden, um die Stabilität zu vergößern.


Positions-Regler

Bild XMegaTool Positions-Regler (44k)
XMegaTool Positions-Regler



Um den Positionsregler zu verwenden muss unter den Flag Einstellungen der Kompass und auch GPS aktiviert sein.
Erst dann sind die Funktionen "GPS-Hold", "Coming Home" und "Waypoints" möglich.

Der Positionsregler sorgt dafür, das der Kopter autonom eine vorgegebene Position (longitude=Längendrad (x), latitude=Breitengrad (y)) hält oder mit möglichst konstanter Geschwindigkeit anfliegt.
Dabei besteht der Regler aus zwei unabhängigen Reglern, welche getrennt die x und y Achse behandeln.
Eine Verbindung besteht in der dynamischen D-Komponente um die Fluggeschwindigkeit zu regeln.

Reglerfaktoren

P:
Hierbei handelt es sich um den Proportionalfaktor des Positionsreglers.
Dieser Faktor bestimmt die Schräglage des Kopters in Abhängikeit von der Distanz zum Zielpunkt.
Dabei gilt: 20 = 0,3 Grad/m
I:
Der Integralfaktor ist für die Regelabweichung des Positionsreglers zuständig.
Dabei werden stetige Winde ausgeglichen. Gegen böhige Winde ist der I-Anteil jedoch nicht sehr effektiv.
D:
Der Differenzialfaktor des Positionsreglers sorgt für die nötige Dämpfung dieses Reglekreises 2. Ordnung.
Ohne diesen Regelzweig würde sich das System sehr schnell aufschaukeln und somit in Schwingung kommen.
Als Eingangsgröße dieses Reglekreises wird die GPS Geschwindigkeit für die jeweilige Achse herangezogen.
Dabei gilt: 14 = 3 Grad bei 6m/s
Bp:
Bei der Proportionalbegrenzung handelt es sich um den maximalen möglichen Stellwert des P-Reglers.
Dabei gilt: 545 = 3 Grad
Bi:
Bei der Integralbegrenzung handelt es sich um den maximalen möglichen Stellwert des I-Reglers.
Dabei gilt: 545 = 3 Grad
Bd:
Bei der Differenzialbegrenzung handelt es sich um den maximalen möglichen Stellwert des D-Reglers.
Dabei gilt: 545 = 3 Grad
MaxSpeed:
Dieser Wert legt eine Geschwindigkeit über Grund fest, ab der der D-Regler eine dynamisch Anpassung erfährt, so das der Kopter abgebremst wird.
Die maximale Geschwindigkeit ist in cm/s einzugeben.


PWM

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XMegaTool PWM



Bei der Verwendung von PWM-Motorsteelern kann das Timing der PWM-Ausgänge konfiguriert werden.
Das Timing besteht aus Frametime, Starttime, Offsettime und Range.
Die vier Parameter lassen sich immer für einen Block aus jeweils vier Ausgängen einstellen.
Achtung!!
Alle PWM Kommandos sind mit abgezogenen Servosteckern durchzuführen, um ein versehentliches Anlaufen der Motoren zu verhindern.
Es ist auch empfehlenswert, den Kopter bei PWM Experimenten an einem strombegrenzten Netzteil zu betreiben.
Ein Anlaufen der Motoren mit Vollgas kann somit verhindert werden.

Frametime

Die Frametime ist die Zykluszeit eines PWM-Pulses.
Je kürzer diese Zeit ist, desto öfter erhält der Motorsteller einen neuen Gas Wert.
Der Defaultwert von 5000 stellt eine Zeit von 2,5 ms ein.
Die Framezeit darf nicht kleiner als 2 ms (Wert = 4000) sein.
Der Grund hier für ist die maximale Pulsbreite von 2 ms (normierte PWM Pulsbreite = 1-2 ms), da ja immer eine Pausenzeit übrig bleiben muss.
Die Framezeit berechnet sich wie folgt:
Framezeit = Wert/2000 [in ms]
Optimal ist eine Framerate von 2,5 ms (Wert = 5000), denn das ergibt eine Framefrequenz von 400 Hz und entspricht somit der Abtastfrequenz der Gyros.
Diese hohe Frequenz wird jedoch nur von wenigen PWM-Motorstellern unterstützt.
Also einfach mal mit dem Motortest ausprobieren, welche die maximale PWM Framezeit für den jeweiligen PWM-Steller ist.
Betreibt man Servos an einem PWM Ausgang, so sollte der Schieberegler auf maximum also 40000 (20ms / 50Hz) eingestellt sein.

Starttime

Bei der Startzeit handelt sich hier um die PWM-Pulsbreite, welche immer dann ausgegeben wird, wenn ein Gaswert von 0 vorliegt, also der Motor stehen soll.
Als Defaultwert haben wir hier 2200 also 1,1 ms eingestellt.
Berechnet wird die Startzeit mit:
Startzeit = Wert/2000 [in ms]

Offsettime

Sobald der Gaswert nicht mehr 0 ist, wird die Offsetzeit als minimale Pulsbreite verwendet.
Zu dieser Pulsbreite wird dann der Gaswert/Rangedivisor addiert.
Der Defaultwert von 2400, bedeutet eine minimale Pulsbreite von 1,2 ms.
Es findet also beim Start der Motoren mit den Defaultwerten (Startzeit = 1,1 ms Offsetzeit = 1,2 ms) ein Sprung von 0,1 ms statt.
Dieses ist normalerweise die Totzeit des Stellers, bei der der Motor noch nicht anläuft.
Diese Totzeit wird mit diesem Parameter somit umgangen.
Die Berechnung ist auch hier:
Offsetzeit = Wert/2000 [in ms]

Range

Dabei handelt es sich um den variablen Zeitbereich der PWM, den man auch als Modulationstiefe bezeichnen kann.
Der Wert ist jedoch umgekehrt proportional zur Modulationstiefe und lässt sich wie folgt berechnen:
Range = 32,768/Wert [in ms]
Der Defaultwert von 47 ergibt also eine Rangezeit von 0,7 ms.
Die resultierende Pulsbreite liegt dann also am Ende zwischen 1,2 ms und 1,9 ms.


Kamera

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XMegaTool Kamera



Die XMC stellt 4 PWM Ausgänge zur Kamerasteuerung zur Verfügung.
Bei der Verwendung von I²C Motorstellern ist das der PWM0 bis PWM3 Ausgang.
Hat man PWM Motorsteller im Einsatz, so sind es die Ausgänge PWM8 bis PWM11.
In den Einstellungen des Empfängers können Fernsteuerkanäle direkt diesen Ausgängen zugeordnet werden.
Die ersten beiden Ausgänge sind mit einem Nick bzw. Rollausgleich überlagert.
Um diese Funktion zu aktivieren muss die Verstärkung ungleich Null sein.
Unter den PWM Einstellungen muss beachtet werden, das die Framezeit auf 20ms / 50Hz eingestellt wird, da Servos meistens eine kürzere Framezeit nicht verarbeiten können.
Das ist bei der Verwendung von I²C Motorstellern in der Gruppe A und bei der Verwendung von PWM Motorstellern in der Gruppe C durchzuführen.
Die Ausgabe der PWM Servo Signale wird erst freigeschaltet, wenn die Motor Anlauf Sicherung ausgeschaltet ist.

Verstärkung
Die Verstärkung bestimmt wie stark das Servo bei einer Schieflage reagieren soll.
Mit dem Vorzeichen kann die Laufrichtung geändert werden.
Offset
Der Offset Wert bestimmt eine Verschiebung der Neutralstellung.
Grenze
Die Grenzen (+ und -) legen einen elektrischen Anschlag der Endpositionen fest.
Diese Grenzen sollten so eingestellt werden, das kein Mechanischer Anschlag erfolgt.


Kalibrierung

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XMegaTool Kalibrierung



Die Kalibrierung des Kopters erfolgt ja über die schon beschriebenen Methoden.
Um diese Kalibrierung zu überprüfen und möglicherweise eine Feinjustierung durchzuführen, dient dieses Menü.
Kompass:
1. MAG X/Y/Z
Hier handelt es sich um den Nullagen-Offset der drei Kompassvektoren.
Bitte nicht manuell verstellen.
2. MAX V X/Y/Z
Das ist der Verstärkungsoffset der drei Kompassvektoren.
Auch hier bitte nichts manuell verstellen.
Eine gelungene Kompass-Kalibrierung sollte hier Werte zwischen 40 und 60 ergeben.
3. Deklination
Dieser Wert wird nicht durch eine automatische Kalibrierung ermittelt.
Für eine korrekte Funktion sollte der richtige Wert für den Aufenthaltsort eingestellt werden.
In Deutschland kann der Wert auf 0 bleiben.
Gyro
Die Automatische Messung erzeugt hier wieder den Nullagen-Offset.
Bitte auch hier keine manuellen Einstellungen vornehmen.
ACC
Auch hier wird der Nullagen-Offset wiedergegeben.
Sollte trotz der automatischen Kalibrierung der Kopter immer noch driften, kann über den X/Y Wert eine manuelle Optimierung erfolgen.


Wegpunkte

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XMegaTool Wegpunkte



Mit Hilfe dieses Editors ist eine Planung von autonomen Flügen, mit anschließendem Transfer auf den Kopter möglich.
Der Editor verwendet dazu Online Karten wie z.B. Google Earth oder Google Maps Karten.
Es ist also nicht erforderlich externes Kartenmaterial zu georeferenzieren und vorzubereiten.
Um das Kartenmaterial auch offline (ohne Internet) zu verwenden, kann es zuvor "prefetcht" und in einer Datenbank abgelegt werde.

Kartenausschnitt wählen

Klickt man mit der linken Maustaste in das Kartenfenster, erscheint ein rotes Kreuz.
Mit dem Mausrad kann nun der Ausschnitt um dieses Zentrum vergößert oder verkleinert werden.
Die rechte Maustaste löst eine Verschiebung des Kartenausschnittes aus.

Offline Karten vorbereiten

Verwendet man die Alt-Taste in Verbindung mit der linken Maustaste, so kann ein blauer Rahmen im Kartenausschnitt gesetzt werde.
Dieser Rahmen legt den Bereich fest, der für den offline Betrieb gefetcht werden soll.
Betätigt man nun den "Prefetch" Button, so werden die Karten in verschiedenen Auflösungen nachgeladen.
Der "Export" Button schreibt die gesammelten Kartendaten dann in eine Datenbank.
Diese Datenbank ist jetzt der neue Speicher für Kartendaten, auch wenn das Progamm neu gestartet wird.
Ein Wechsel zu anderen Datenbanken ist über "Import" möglich.
"Clear Cache" löscht alle Kartendaten im Speicher des Rechners.

Wegpunkte erstellen

Zunächt ist ein rotes Kreuz mit der linken Maustaste zu setzen.
Diese Position lässt sich dann als Wegpunkt mit dem Button "Add Waypoint" in die Wegpunktliste einfügen.
Soll der Kopter an diesem Wegpunkt auch in eine bestimmte Richtung schauen, dann kann diese mit einem weiteren Kreuz zur Liste hinzugefügt werden ("Add Direction").
Fügt man keine Richtung hinzu, so wird diese beibehalten und lässt sich während des Way Point Fluges manuell über den Gier Stick steuern.
Der Button "Send to Kopter" überträgt die gesamte Wegpunktliste in das EEPROM der XMegaNavi.
Diese Liste bleibt also auch erhalten, wenn der Kopter auf dem Weg zum Einsatzort ausgeschaltet ist.
Vor Ort ist dann also kein Laptop notwendig.
Es lassen sich 2047 Wegpunkte im Kopter speichern.