БПЛА «Беркутчи» — начало

Году в 2004-м, в новом учебном году, вызвал меня завкаф на ковёр и вкрадчиво так спросил, какую тему магистерской диссертации я бы хотел? К тому моменту я уже пару лет притирался на кафедре и участвовал в разных работах, поэтому в подобном вызове не было ничего необычного.
Я хотел сделать гироскопическую мышку для ПК, на что завкаф буквально ответил: «нахрен тебе эта мышка, давай делать беспилотник!».

И стали мы делать беспилотник.

Т.к. мы приборостроительная кафедра, то фюзеляж решено было использовать готовый, от подходящей радиоуправляемой модели, а усилия сконцентрировать на аппаратуре. Это сейчас нет проблем сделать беспилотник. Можно купить готовые платы автопилотов, есть куча статей и исходных кодов. В 2004м всё было иначе. Тогда было всего 2 англоязычных сайта по теме UAV и 3 проекта самопальных автопилотов разной степени проработанности. Чтобы прописать алгоритм полёта по точкам я читал книгу «полёты в облаках» и перекладывал в код сценарии действий пилота, который руководствуется только показаниями приборов.

Другой проблемой был сенсорный и вычислительный голод. Микромеханика только зарождалась, а на рынке главенствовали восьмибитные AVR. Хотя 32-битные МК уже существовали, но были ещё экзотикой и/или слишком дорогие и/или не имели необходимой периферии.

Первой практической попыткой создания автопилота БПЛА был изображённый ниже комплект. Комплект был создан к лету 2005 года, делался на коленке по лазерно-утюжной технологии. Денег нам, разумеется, никто не выделял, все компоненты покупались за свои или выпрашивались семплами (помогал .edu почтовый ящик). Ну а сервис изготовления промышленных печатных плат и вовсе стоил космических денег в то время. Так что не судите строго и помните, что делали эти вещи студенты.

С целью распределения вычислительной нагрузки АП состоял из двух плат. Платы управления, названной «пилот» (на ней лежала пространственная ориентация, связь и управление), и платы навигации, названной «штурман«. В качестве основной системы ориентации предполагалось использовать бесплатформенную инерциальную систему ориентации.

Модуль «Пилот», вид снизу
Модуль «Пилот», вид сверху
Модуль «Штурман», вид сверху
Модуль «штурман», вид снизу

Модуль «пилот» содержал микроконтроллер (МК) для обработки информации с бесплатформенной системы ориентации (БСО), радиомодем для приёма команд управления и передачи телеметрии, 6 ШИМ выходов на сервоприводы, набор импульсных источников питания для обеспечения напряжениями питания всех запланированных бортовых систем. Фактически, на этой плате замыкались все быстрые бортовые процессы. Входов ППМ сигналов для подключения стандартной аппаратуры радиоуправления не было. Тогда считалось, что смысла в ней нет при наличии цифрового защищённого радиоканала через модем. Позже эти надежды не оправдались в силу отсутствия в продаже компактных скоростных радиомодемов, обеспечивающих, к тому же, необходимую дальность связи. Используемый радиокрафт просто не успевал переключаться между приёмом и передачей и не обеспечивал нужную скорость передачи в дуплексном режиме. Однако в симплексном режиме (только приём сигналов управления или только передача телеметрии) он справлялся вполне хорошо. Несколько успешных полётов с управлением через него мы таки совершили.

Модуль «штурман» содержал GPS модуль, барометрический альтиметр, датчик воздушной скорости, двухосевой магнитный компас, термометр и ажно 2 мегабайта флеш памяти! А так же МК для обслуживания всего этого добра и связи с «пилотом». Все параметры, измеряемые «штурманом», меняются относительно медленно, поэтому их и стало возможным вынести в отдельный блок и 4 раза в секунду скидывать готовые данные «пилоту».

Модули успешно прошли стендовые испытания и даже совершили пару тестовых полётов с записью телеметрии. Однако, потом была долгая задержка с разработкой БСО и работа завязла в болоте на пару лет… До конца 2007 года.

Новый толчок работа получила, когда стало известно о пирометрическом способе ориентации. Практически сразу начались эксперименты: на базе отладочной платы AT90USBKey был создан первый прототип пирометрического автопилота с четырьмя датчиками в плоскости горизонта. Такой тип датчика требует предварительной настройки, в отличие от версии с шестью датчками (4 в горизонте + вертикальная пара).

Первая попытка получить данные от пирометра
Прототип пиропилота на базе USBKey
Прототип пиропилота на фюзеляже самолёта Coota

Управление осуществлялось через штатную аппаратуру радиоуправления с вводом сигналов в автопилот и обработкой их там. Цифрового радиоканала уже не было. Запись телеметрии велась в штатную память USBKey объёмом 16 мегабайт.
Испытания система прошла просто великолепно! За 4 полёта не было ни одного отказа АП, стабилизация работала прекрасно, вычислительного ресурса МК оказалось в 9 раз больше, чем требовалось для работы АП.

Одна из записей тестовых полётов

Были проблемы с шумами и неточностью работы ШИМ на USBKey с кварцем 8 МГц, но позже они были устранены частично программно, частично переходом на новую плату пиропилота, созданную с учётом накопленного опыта предыдущих разработок. Данная плата имела на борту всё тот же МК AT90USB1287, установленный также и в USBKey, но уже с кварцем 16 МГц, 8 мегабайт памяти (16 оказались перебором), интерфейсы с ранее созданным модулем «штурман» (в версии для журнала Радио они были упразднены), 6 ППМ выходов и 4 ППМ входа (+2 резервных ППМ входа), а так же органы управления и индикации. Платы всё ещё делались на коленке, т.к. промышленные платы оставались слишком дороги.

Новый модуль «Пилот»
Новый модуль «Пилот» сверху
Новые модули «пилот» и пироголовки
Пироголовка, вид сверху
Пироголовка, вид снизу
Бортовой комплекс в сборе
Бортовой комплекс в сборе

Данный модуль успешно летает с 2008 года. С его помощью было проведено 90% экспериментов, позволивших, в итоге, создать комплекс АП БПЛА «Беркутчи». Модуль «пиропилот» может использоваться как самостоятельная единица управления, также и вместе с модулем «штурман» образца 2005 года. Вместе они образуют полноценный автопилот для БПЛА.

Оба модуля в фюзеляже

Дальнейшее развитие данной ветки автопилотов прекращено в связи с устареванием. Тем не менее, долгое время эти модули использовались для проверки и отладки в реальности наиболее рискованных идей.

По всем вопросам обращайтесь в почту sales@aviadevices.com или в пишите в комментарии;

Comments

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *