开源飞控电池电压的补偿和最大功率限制

无人机10086

2021年6月24日 11:02

电压补偿

无人驾驶航空器动力电池的电压会随着航空器飞行的消耗而逐渐降低。这时，我们需要进行补偿油门。在不依赖无人航空器空速传感器的系统中，补偿油门会影响航空器的最大爬升率和巡航飞行速度，实践中航空器提供了两套参数来应对这一问题，一个为前向电动机，另一个为垂直起降电动机。

前向电动机的油门补偿：

FWD_BAT_VOLT_MAX 设置了需要油门补偿前向电动机油门时的最低电压，值0时表示禁用此功能，实践中设置为4.2Vxd的电池数量是比较理想的初始值；
FWD_BAT_VOLT_MIN 设置了前向电动机油门补偿的下限电压以防止因增加油门比例而过度拉低电池的电压。实践中设置为3.3Vx的电池数量是比较理想的初始值；
FWD_BAT_IDX 决定了使用的电压监测器的编号；
在飞行控制系统确定输出的油门值之前，依据这些参数与测量的电压进行比例缩放，允许除手动模式外的所有模式在给定的油门杆位置保持大致恒定的巡航飞行速度；
如果使用了空速传感器，那么在速度控制模式下，例如在巡航和自动模式中，空速传感器将自行决定所需的油门量。然而 THR_MAX 和 THR_MIN 在除手动模式外的所有模式中都得到了补偿，允许速度控制模式的油门控制更大的速度范围。

垂直起降电动机的补偿：

Q_M_BAT_VOLT_MAX 设置了需要补偿油门的垂直起降电动机油门时的最低电压，值0表示禁用此功能，实践中设置为4.2Vxd的电池数量是比较理想的初始值；
Q_M_BAT_VOLT_MIN 设置垂直起降电动机油门补偿的下限电压以防止因增加油门比例而过度拉低动力电池的电压。实践中将此设置为3.3Vx的电池数量是比较理想的初始值；
Q_M_BAT_IDX 决定了使用的电压监测器的编号；
如果 Q_M_BAT_VOLT_MAX 不为零，如上所述，根据电压补偿油门以抵消电池电压对推力的变化。

限制最大功率：

长航时无人航空器通常使用低C级电池以最大限度的提高电池的功率重量比。但是，特别是在垂起转换的过渡期间系统会对前向电动机施加全油门功率，这可能会导致低C级电池的电压严重下降。如果电池电压降得太低可能会导致电池的永久性损坏或过早失效甚至是崩溃，下文是限制电池最大功率的使用方法。

限制最大功率的方法：

限制电池最大功率的最简单的方法是将最大油门 THR_MAX 限制为一个更低的值，这样可以限制在油门控制模式中 AUTO、FBWB、CRUISE 等的最大油门。虽然这样做可以限制在垂起转换过渡时的前向电动机的最大功率，但同时也会限制固定翼在平飞状态下的油门控制。

更好的解决方法是使用这些功率限制参数：

BATTx_WATT_MAX
Q_M_BAT_CURR_MAX
Q_M_BAT_VOLT_MIN

BATTx_WATT_MAX 是电池的最大功率，适用于每一组电池，它是用来限制前向电动机从电池获得的总瞬时功率，这将有助于解决垂起过渡期间存在的问题，如果电池的功率即电压x电流超过这个值，那么飞行控制系统将降低最大油门 THR_MAX，TKOFF_THR_MAX 使功率低于这个限制。如果功率需求减少，油门限制将缓慢增长回 THR_MAX和（或）TKOFF_THR_MAX 保持功率在限制的最大。使用值0（默认）时禁用此特性。请注意，这个参数只会影响到前向电动机，垂直起降电动机不会受到影响。由于这一限制是缓慢的降低油门，约10%/ 秒，因此在转换过渡的情况下反应可能不够快，这时可以将油门变化速率 THR_SLEWRATE 设置为每秒50%或更少以防止上述情况。

Q_M_BAT_CURR_MAX 是垂直起降模式的最大电流，它不仅可以限制垂直起降电动机活动时的最大电流，也可以限制垂直起降电动机的功率以防止超过该值。实践中设置为悬停电流的150%是比较理想的初始值。

Q_M_BAT_VOLT_MIN 是垂直起降模式的最小电压，如果不为零会有两个作用：首先它设置了油门补偿的电压下限，如果 Q_M_BAT_VOLT_MAX 不为零，则根据电压使用油门进行推力补偿。其次，它通过在飞行中计算电池内阻的估计值以预测电池电压下降到这个限制的油门阀值，这将限制垂直起降电动机的电流。如果 Q_M_BAT_CURR_MAX 也不为零，那么它将同时受到这两个限制。实践中设置为3.3V x 电池数量是比较理想的初始值。

注意：用于监测和估算电池电阻的电池编号由 Q_M_BAT_IDX 参数确定。

如何设置最大功率

通过对飞行日志的检查可能会发现电池电压出现过度下降，您可以在下降点取电压和电流后相乘获得功率，设置 BATT_WATT_MAX 低于该值，实践中70%到80%的值是比较理想的初始值。

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