Taumenscheiben Einstellung

Taumelscheibengrundeinstellung beim Modellheli

Wegen einer Frage der Vorgehensweise bei der Einstellung und Programmierung eines Modellhelis will ich hier mal meine Variante erläutern. Zum besseren Verständnis muss ich auch ein wenig Mischer-Theorie einbringen. Achtung! Das ganze wird ein wenig länger. Ich hoffe, dass euch die Theorie nicht zu sehr langweilt.

Es geht also um die Verabeitung der Knüppelsignale im Sender und deren Ausgabe auf die Taumelscheibenservos. Außerdem geht es darum welche Menuepunkte für welche Einstellung des Helis benutzt werden. Das Ziel soll sein, dass der Heli möglichst exakt eingestellt ist und keine ungewünschten Flugeigenschaften vorhanden sind. Außerdem sollen die Servos in der maximalen Auflösung und mit der maximalen Kraft betrieben werden.

Nehmen wir einmal an dass der Heli eine 120° Anlenkung besitzt. Für andere gemischte Taumelscheibenansteuerungen gelten sinngemäß ähnliche Überlegungen.

Beim TS-Mischer haben wir es mit einem Mischer zu tun, der 3 verschiedene Steuersignale am Eingang hat und diese auf die 3 Taumelscheibenservos verteilt. Nehmen wir weiterhin an, dass es eine H3-Mischung mit 2 Roll- und einem Nick-Servo ist.

Die Steuersignale durchlaufen folgenden Weg:

Knüppel
 
Geberanpassung (Pitchkurve, Geber-AFR, DualRate, Expo, Taumelscheibenring)
Taumelscheiben-Mischer (Mischanteile für Pitch, Roll und Nick)
Servoanpassung (Laufrichtung, Mittenverstellung, Weg, Limit)
Servo

Wir unterscheiden also drei Blöcke im Sender: Geberanpassung, Taumelscheiben-Mischer und Servoanpassung.

Nun betrachten wir zuerst einmal die Servos an sich:
Ein normales Servo wird mit einem PWM-Signal mit veränderlicher Impulsweite angesteuert. Bei Futaba ist der Neutralimpuls, also die Mittelstellung des Servos bei 0% Servoweg, mit 1520µs definiert. Der Impulshub von 100% beträgt 420µs. Damit ergeben sich folgende Impulsweiten:

Code:
-135% =  953µs
-100% = 1100µs
   0% = 1520µs
 100% = 1940µs
 135% = 2087µs

Ein normales Servo kann in der Regel einen Impulsbereich von 900µs bis 2100µs auswerten. Somit entsprechen 135% annähernd dem maximalen mechanischen Steuerweg, den ein Servo ausgeben kann. Würde dieser Steuerweg überschritten, so kann das Servo mechanisch blockieren.

Nach dem kleinen Exkurs in die Servotechnik geht´s jetzt wieder beim Sender weiter. Betrachten wir also die oben angesprochenen Blöcke ein wenig näher:

1. Geberanpassung
Hier wird das Steuersignal so angepasst, dass die gewünschte Steuerreaktion des Modells erfolgt. Für die Grundeinstellung des Modells belässt man diese Einstellungen zunächst auf den Standardwerten, damit die vollen Steuerwege für die mechanische Grundeinstellung zur Verfügung stehen. Dabei braucht man eigentlich nur die drei Punkte Min-Pitch, Pitchmitte und Max-Pitch. Zur Vereinfachung der Einstellungen kann man folgenden Trick anwenden. Die Pitchkurve bekommt dazu in der Mitte eine Flachstelle. Das heißt aus der Defaultkurve -100%, -50%, 0%, +50%, +100% machen wir -100%, 0%, 0%, 0%, +100%. Der Vorteil hier ist, dass man die Nullstellung des Pitchknüppels nicht so genau einstellen muss. Selbstverständlich kann man damit nicht fliegen!

Nach den Geberweganpassungen kann noch der Taumelscheibenring die zyklischen Ausschläge von Nick und Roll begrenzen. Dabei kann man sich vorstellen, dass in den Ecken des Steuerknüppels keine Vergrößerung des Signals passiert. Bei der Einstellung von 100% im Taumelring wird der Geberweg auf die im Display zu sehende Kreisbahn begrenzt. Ein Vollausschlag von Roll und Nick ergeben somit 71% Roll und 71% Nick.

Am Ausgang liefert der Block Geberanpassungen immer noch die Signale Pitch, Roll und Nick, aber den Einstellungen entsprechend korrigiert.

2. Taumelscheibenmischer
Hier werden nun die aus dem Block Geberanpassungen kommenden Steuersignale Pitch, Roll und Nick verarbeitet. Die im Taumelscheibenmischer eingestellten Mischanteile regeln nun wie diese Steuersignale auf die Servos umgerechnet werden.

Wir nehmen uns nun zuerst einmal das Nickservo vor. Dieses bekommt nur das Pitch- und das Nicksignal. Ein Rollsignal ist nicht vorhanden. Nehmen wir weiterhin an, dass zunächst die Mischanteile im TS-Mischer auf 50% stehen. Bei Voll-Pitch werden somit aus den 100% am Eingang 50% Servoweg am Ausgang. Geben wir zusätzlich voll Nick, so wird aus 100% am Eingang zusätzliche 50% am Ausgang. Je nach Richtung steht also das Nickservo dann auf 0% bzw. 100% des möglichen Wegs. Das heißt, dass das Nickservo nicht den vollen mechanischen Weg laufen wird.

Weiter geht es mit den Rollservos. Bei Voll-Pitch laufen die Servos also auf 50%. Voll Roll gibt noch einmal zusätzlich 50% Weg. Nun steht ein Rollservo auf 0% und das andere Rollservo auf 100%. Wird nun zusätzlich noch voll Nick gesteuert, so kommen weitere 25% Weg hinzu. Die 25% kommen daher, dass die Anlenkkugeln der Taumelscheibe in Längsrichtung nur den halben Abstand vom Schwenkpunkt der Taumelscheibe haben wie die Anlenkkugel des Nickservos. Somit steht ein Rollservo auf 25% und das andere Rollservo auf 125%. Damit sind wir schon recht nahe an der 135% Grenze des Servos.

Diese Überlegungen gelten also für die Standardmischanteile des TS-Mischers. Würde man nun die Mischanteile stark vergrößern müssen, weil sonst nicht genug Weg am Rotorkopf ankommt, dann kann es zum Überschreiten der maximalen Servowege und damit zum sogenannten "Clipping" kommen. Stellen wir z.B. 60% Mischanteil ein, so müsste ein Rollservo bei Maximalausschlag auf 60% + 60% + 30% = 150% laufen. Dieses wird aber vom Sender nicht ausgegeben und somit bekommen wir unerwünschte Pitchanteile bei zyklischen Ausschlägen. Das kann man an einer sich auf und ab bewegenden Schwenkkugel der Taumelscheibe erkennen, wenn man nur zyklisch steuert.

Der maximale Mischanteil im TS-Mischer ohne Clipping ist 54% (54+54+27=135%). In diesem Fall ist es also besser den Servohebel zu verlängern, damit die Mischanteile nicht zu groß werden.

Der andere Extremfall sind sehr geringe Mischanteile im TS-Mischer. Hier verliert man Auflösung am Servo und hat zudem geringere Steuerkräfte durch den zu langen Servohebel. Hier sollte man also bei den Servos mit der Anlenkung weiter nach innen gehen.

3. Servoanpassung
Der Block Servoanpassung besteht wie oben zu sehen aus den Teilen Laufrichtung, Mittenverstellung, Weg und Limit. Dabei stellt der Weg einen Multiplikator für das aus dem vorgeschalteten TS-Mischer kommende Servosignal dar. Steht der Weg auf 100%, so wird das betreffende Servo mit dem Steuerweg aus dem TS-Mischer angesteuert. Andernfalls wird der Weg entsprechend vergrößert bzw. verkleinert. Die Mittenverstellung ist eine Addition bzw. Subtraktion vom Eingangssignal und die Umpolung invertiert das Signal. Soweit also sind das alles umkehrbare Berechnungen des Signals.

Einen Sonderfall stellt nun der Limiter dar. Dieser ist eine einfache Maximalwertbegrenzung des Signals. Wie das Signal erzeugt wurde, weiß der Limiter nicht. An dieser Stelle steht also keine Information mehr zur Verfügung welche Anteile Pitch, Nick und Roll in dem jeweiligen Servosignal sind. Das bedeutet, dass sich hier Inlinearitäten ergeben, wenn man diesen Limiter zur Einstellung benutzen würde. Beim Modellheli sollte dieser also auf 135% verbleiben.

Was heißt das nun für die mechanische Einstellung unseres Modellhelis?

Den Block 1 benutzt man erst im zweiten Schritt der Einstellung um die Flugeigenschaften anzupassen. Für die Grundeinstellung stellt man hier also nichts besonderes ein. Einzig den Taumelscheibenring kann man auf 100% stellen, damit man extreme zyklische Ausschläge einstellen kann. Dies ist aber eigentlich nur für extremen 3D-Flug notwendig.
Der Block 2 wird benutzt um die Taumelscheibenwege für den kollektiven und zyklischen Pitch einzustellen. Idealerweise sollten die Mischanteile nicht weit von den 50% entfernt sein.
Der Block 3 dient der mechanischen Einstellung der Taumelscheibenwege um evtl. vorhandene Inlinearitäten auszugleichen.
 
Für die Einstellung der Linearität ist es sinnvoll, wenn man eine aufsteckbare Taumelscheibenlehre z.B. von Trueblood Engineering besitzt. Diese wird statt des Rotorkopfs auf die Hauptrotorwelle aufgesteckt. Damit kann man die Taumelscheibe in jeder Pitchposition exakt waagerecht ausrichten.

Die Linearität wird sinnvollerweise in folgender Reihenfolge eingestellt:

Zunächst wird mit Servomitte im Sender die Servohebel auf einen Rechten Winkel zum Gestänge gebracht. Dazu muss der Pitchknüppel in der Mitte stehen. Danach werden die Gestängelängen so eingestellt, dass die Taumelscheibe exakt waagerecht steht. Als letztes kontrolliert man die waagerechte Position der Taumelscheibe bei Min- und Max-Pitch. Sollten sich hier Abweichungen ergeben, so kann man dies mit dem Servoweg der Servos einstellen. Hier sind aber in der Regel nur sehr geringe Anpassungen notwendig. Bei größeren Fehlern sollte man die Servos und die Servohebel noch einmal genau kontrollieren. Nun sollte die Taumelscheibe über den ganzen Pitchweg immer waagerecht bleiben. An die Servomitte und Servowege muss man danach nicht mehr heran.

Der nächsten Schritt wird der Rotorkopf montiert und kontrolliert, ob die gewünschten Pitchwege erreicht werden. Also ob bei Knüppelmitte auch 0° Pitch ist. Hier sollen die Pitchkompensatorarme und Mischhebel parallel zueinander stehen. Nun wird noch kontrolliert ob in beiden Richtungen der gleiche Pitch-Weg erreicht wird. Sollte das nicht der Fall sein, so muss man erneut bei den Servos anfangen und die Servohebel ein wenig verstellen. Es ist dann eben kein Rechter Winkel zwischen Servoarm und Gestänge einzustellen. Dabei ist immer wieder zu kontrollieren, ob bei Knüppelmitte der Pitchwinkel 0° beträgt.

Nun sollte also ein symmetrischer Pitchweg mit 0° bei Knüppelmitte und immer waagerechter Taumelscheibe vorhanden sein.

Zuletzt werden die flugspezifischen Einstellungen in Block 1 vorgenommen. Also verschiedene Pitchkurven für unterschiedliche Flugzustände und DualRate und Expo für die Wendigkeit des Helis. Diese Einstellungen können nun in den evtl. vorhandenen Flugzuständen unterschiedlich vorgenommen werden.

Als Resultat unserer Arbeit sollten wir einen in allen Lagen neutral fliegenden Heli erhalten.

Ich hoffe, dass ich dem einen oder anderen bei der Einstellung seines Modellhelis helfen konnte und die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Menuepunkten im Sender verständlich erklärt habe.
 

Anleitung von ech.zulu
 
 

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