BLHeli - прошивка регуляторов

Недавно получил новый регулятор MX-3A для бесколлекторного хвоста вертолета WLToys V977 и решил подробно описать процесс его прошивки и настройки, а заодно и регулятора MX-10A.

Для чего нужно прошивать регулятор? Для этого надо немного обратиться к истории. Как известно, регуляторы бесколлекторных моторов умеют понимать сигнал PPM, идущий с приемника. С тех пор, как появился первый классический микровертолет Blade mSR и его ближайщий последователь Nine Eagles Solo Pro V2, а далее WLToys V911, были неоднократные попытки установить на эти модели бесколлекторный двигатель, так как стоковый коллекторный мотор довольно быстро приходил в негодность. Коллекторный мотор управлялся сигналом ШИМ (PWM) через силовой транзистор. Соответственно для управления бесколлекторным мотором необходимо было преобразовать сигнал ШИМ в PPM. Для этого изготавливался конвертер сигнала, в тестировании которого я принимал непосредственное участие. Все было хорошо до тех пор, пока не возникла необходимость использовать бесколлекторный мотор и на хвосте модели. Возникла проблема - задержка преобразования сигнала ШИМ в PPM через конвертер была столь велика, что регулятор не успевал отрабатывать сигнал с гироскопа модели. Из-за этого хвост вел себя неадекватно. Прошло некоторое время, все уже почти смирились с невозможностью установки бесколлекторного мотора на хвост, как появляется сообщение на зарубежном форуме о том, что удалось сделать прошивку для регуляторов на базе чипа Silabs F330, способную понимать сигнал ШИМ. Так появился проект BLHeli. Прошивка регулятора снижала до минимума задержку в обработке сигнала. Проект BLHeli очень быстро стал популярным. С появлением новых моделей микровертолетов с коллективным шагом, таких как Blade mCPx, Walkera Genius CP и других, возникла необходимость в установке и на них бесколлекторных моторов, что позволило обрасти проекту BLHeli дополнительными функциями, например гувернером. Теперь проблем с установкой бесколлекторного мотора на хвост уже не было. Достаточно грамотно подобрать регулятор, его параметры, мотор и хвостовой винт.

В первую очередь, я аккуратно отпаял все провода и разъем от регулятора MX-3A. Пока что проку в них никакого. Провода от хвостового двигателя к регулятору идут внутри хвостовой балки и проходят в отверстие в раме, куда вставляется хвостовая балка. Так что делать на этих проводах разъем не имеет смысла. Если потребуется отделить хвост от рамы, то такой разъем придется отпаивать. С таким же успехом можно отпаять провода и прямо от регулятора.

Для прошивки регуляторов я использую самый простой и доступный программатор.

От программатора к регулятору нужно подвести всего три провода. Для соединения программатора и регулятора MX-3A, к последнему нужно припаять дополнительный разъем. Необходимые разъемы можно использовать от любого из этих удлинителей: 30мм, 60мм, 120мм или найти на Ebay по запросу "micro jst 1.0mm 3-pin".

Следующий вопрос: куда подпаивать разъем? Для этого нужно обратиться к документации прошивки BLHeli. В документации есть фотографии всех поддерживаемых регуляторов с точками подключения для программатора. Исходя из этого имеем такую картину:

Провод, идущий в комплекте с программатором, предназначен для прошивки регулятора MX-10A. Для регулятора MX-3A можно сделать такой же порядок выводов на разъеме. Так как я уже знаю, как будут стоять регуляторы на модели, то и выводы для программатора делаю так, как будет удобно.

Для жесткости выводы сделаны из обычного эмалированного провода в термоусадке. Выводы закрепил клеем к плате регулятора, иначе есть вероятность оторвать пятаки, к которым подпаяны провода. Такое уже случалось ранее.

Собственно, установка регуляторов не представляет проблем. На фотографии все видно. Я как бы "пришил" регуляторы суровой ниткой, чтобы они не отваливались от двухстороннего скотча при нагреве. Регуляторы обязательно нужно устанавливать силовыми ключами наружу. Иначе от перегрева они могут сгореть. Разъем для программирования у регулятора MX-3A прихватил к раме капелькой клея. Можно приступать к прошивке.

Замечание по регулятору MX-10A. Если между сигнальным и плюсовым выводом стоит резистор, то его необходимо удалить. Он нужен только в том случае, если сигнал для регулятора берется с выхода силового ключа. Это не наш случай.

Небольшое отступление для владельцев альтернативных операционных систем. Прошивку можно установить только в Windows, так что придется использовать виртуальную машину, например VirtualBox. Нужно воткнуть программатор в USB-порт и в свойствах виртуальной машины на закладке "USB" добавить новое устройство "Silicon Laboratories USB Debug Adapter [0100]".

После этого можно работать с виртуальной машиной, как с реальной.

Скачиваем и устанавливаем программу BLHeliSuite для прошивки регуляторов.

Важно соблюдать порядок подключения! Сначала вставляется программатор в USB-порт, затем он подключается к регулятору и в самую последнюю очередь подключается аккумулятор к регулятору. Отключается в обратном порядке. Сначала отключается аккумулятор, затем все остальное. Если не соблюдать это простое правило, то вероятность получить сгоревший регулятор многократно увеличивается.

Запускаем программу BLHeliSuite и подключаем регулятор, как сказано чуть выше. Рядом с кнопкой "Connect" должен появиться серийный номер программатора. Жмем кнопку "Connect".

Если никаких предупреждений не появилось, то связь с регулятором установлена и можно устанавливать прошивку. Для этого жмем кнопку "Flash BLHeli".

В новом окне выбираем модель регулятора, тип прошивки и версию прошивки. Для MX-3A по порядку будет: SuperMicro 3.5A, TAIL и последняя доступная версия. Для MX-10A будет: XP7A, MAIN и так же последняя доступная версия. Чуть позже выяснилось, что для хвостового регулятора лучше не ставить прошивку 12-й версии, а откатить ее до 11-й, так как 12-я версия оказалась проблемной.

Жмем кнопку "Ok" и видим последнее предупреждение о том, что оригинальная прошивка регулятора будет утеряна безвозвратно. Если все устраивает, то жмем "Yes".

Если все прошло без проблем, то появится соответствующее сообщение.

Жмем "OK" и можно приступать к настройке прошивки. На сегодняшний момент у меня установлены следующие параметры для MX-3A:

И для MX-10A:

Это не окончательные параметры, в дальнейшем они могут претерпеть изменения! Не используйте их без проверки.

После завершения процесса настройки, нужно сохранить результат . Для этого нажимаем кнопку "Write Setup" и, в случае успеха, видим соответствующее сообщение.

Все, можно отключать аккумулятор от регулятора, а затем и программатор. Прошивка и настройка закончены.

Если необходимо изменить какие-либо параметры, то снова подключаем регулятор в той же самой последовательности, что описано выше, жмем кнопку "Connect", затем "Read Setup" для получения настроек регулятора, меняем параметры и сохраняем кнопкой "Write Setup". Отключаем, как было описано выше.

Описание всех параметров и рекомендации можно посмотреть в оригинальной документации. Расскажу лишь о некоторых значениях.

Общие параметры:
1. Startup Power - мощность импульса при старте мотора.
2. Startup RPM - частота вращения мотора при старте.
3. Startup Acceleration - ускорение разгона мотора.
4. Startup Method - метод старта мотора. Stepped - постепенно, с учетом предыдущих трех параметров, Direct - сразу.
5. Throttle Change Rate - частота обработки сигнала газа.
6. Programming by TX - разрешить программировать регулятор с пульта. Для хвостового регулятора лучше это не включать, да и для основного не всегда нужно.
7. Motor Direction - направление вращения мотора. Если мотор вращается не в нужную сторону, то просто поменять этот параметр. Для хвостового регулятора есть еще значение Bidirectional - это для систем с изменяемым направлением вращения мотора.
8. Demag Compensation - защита от срыва синхронизации. Для небольших двигателей не актуально.
9. PWM Frequency - частота входящего ШИМ-сигнала. Значение Low- в районе 8кГц, High - в районе 20кГц, Damped и Damped Light - используются для хвоста, описание ниже.
10. Motor Timing - тайминг двигателя. Low - 0 градусов, MediumLow - 8 градусов, Medium - 15 градусов, MediumHigh - 23 градуса, High - 30 градусов. Если мотор на низких оборотах начинает дергаться при резком увеличении газа, то можно попробовать увеличить тайминг.
11. Temperature Protection - защита от перегрева.
12. Input Polarity - полярность ШИМ сигнала. Если при нулевом газе мотор включает полный газ - значит полярность ШИМ нужно изменить этим параметром.
13. Beep Strenght - громкость сигнала.
14. Beacon Strenght - громкость сигнала при бездействии.
15. Beacon Delay - задержка перед подачей сигнала бездействия.
16. PPM Min Throttle - минимальное значение PPM-сигнала.
17. PPM Max Throttle - максимальное значение PPM-сигнала.

Параметры, специфичные для регулятора основного двигателя:
1. Low Voltage Limiter - ограничение напряжения на банку. Если напряжение на аккумуляторе будет ниже этого значения, то сработает плавная отсечка. Нужно учитывать, что под нагрузкой напряжение проседает довольно значительно.
2. Governor Mode - режим гувернера. При значении Off - отключен, режим Tx - гувернер устанавливается полкой газа в передатчике. Режим Setup - гувернер включается при сигнале газа больше половины и задается значением Governor Target RPM, о чем ниже. Режим ARM - отдельный пункт. При этом значение гувернера задается с пульта перед полетом. Это возможно только тогда, когда на регулятор поступает сигнал ШИМ. Если используется PPM, то режим ARM недоступен.
3. Governor P-Gain - пропорциональный параметр. Отвечает за более "жёсткое" или "мягкое" изменение оборотов. Увеличение значения даст более агрессивную реакцию, уменьшение значения более плавную. На небольших вертолетах с диаметром ротора менее 1 метра этот параметр не должен превышать 1. На больших диаметрах ротора - можно установить до максимального значения.
4. Governor I-Gain - интегральный параметр. Влияет на скорость, с которой регулятор корректирует изменения оборотов двигателя.
5. Governor Range - диапазон тактов гувернера. Гувернер включается в диапазоне 25-100% газа. При значении High - гувернер работает в диапазоне 70000-208000 тактов. При Middle - в диапазоне 39000-156000. При Low - в диапазоне 20000-89000. Последнее значение актуально для инраннеров с малым количеством полюсов.
6. Governor Target RPM - задает обороты гувернера, если параметр Governor Mode установлен в значение Setup. Для этой цели в программе предусмотрен калькулятор в блоке Motor/Gear Setup. Значения в этом блоке никак не влияют на работу регулятора, просто помогают подобрать оптимальные обороты для работы гувернера в режиме Setup.
7. Spoolup Time - время до стабилизации оборотов двигателя.
8. Rearming every Start - выполнять арминг при каждом старте. Используется при входящем ШИМ-сигнале.

Параметры, специфичные для регулятора хвостового двигателя:
1. Motor Idle - скорость работы двигателя при отсутствии сигнала.
2. Motor Gain - ограничивает максимальную мощность в зависимости от входного сигнала. Работает только при ШИМ-сигнале, при PPM - игнорируется.
3. PWM Frequency - Damped и Damped Light. Режимы торможения двигателя. Не все регуляторы имеют поддержку Damped. Это зависит от скорости работы силовых ключей  регулятора. Для хвоста, по возможности, нужно использовать значение Damped.
4. Damping Force - как часто нужно обрабатывать сигнал ШИМ. Значение Highest - обрабатывать все сигналы ШИМ. High - 7 из 9. Medium High - 3 из 5, Medium Low - 2 из 5. Low - 1 из 5, Very Low - 1 из 9. Значение подбирается опытным путем. Для этого устанавливается максимальное значение, включается модель и запускается двигатель. Нужно часто-часто трясти хвостом модели, ожидая остановки хвостового двигателя. Если это произошло, то нужно уменьшить значение Damping Force и снова провести эксперимент. Как только хвостовой двигатель перестал останавливаться, значит оптимальное значение найдено.

Если на регулятор подается сигнал ШИМ, то перед стартом двигателя необходимо выполнить арминг регулятора. Делается это с пульта передатчика подачей кратковременного сигнала газа. При этом регулятор пропищит: "Ту-у-у...Ти-и-и". Для регуляторов, использующих сигнал PPM, арминг не требуется. После подачи питания они сразу готовы к работе.

Так что, если устанавливать бесколлекторный двигатель на хвост WLToys V977, то перед стартом надо на короткое время дать газ и одновременно сдвинуть руддер чуть вправо. При этом основной двигатель начнет разгоняться, а регулятор хвостового двигателя пройдет процедуру арминга. После остановки основного двигателя, через три секунды можно будет взлетать. Задержка в 3 секунды между стартами двигателя - способ защиты от случайного старта.

Калибровку газа регулятора MX-10A на WLToys V977 можно сделать следующим способом. У модели есть защита от случайного включения двигателя после подключения аккумулятора. Если стик газа находится не в нулевой позиции или включен режим Idle, то сигнал на регулятор не подается. А для калибровки необходим максимальный сигнал газа перед подачей питания на регулятор. Единственным решением проблемы будет раздельная подача питания на плату модели и регулятор.

Нужно убрать плюсовой провод питания из разъема, идущего от регулятора к плате вертолета, а к плате припаять отдельный дополнительный разъем питания. В настройках регулятора должен быть включен параметр "Programming by TX". Далее сделать так, как на видео:

Сначала подается питание на плату вертолета, потом устанавливается максимальный газ, затем подается питание на регулятор и выполняется калибровка. После этого в регуляторе будут новые значения "PPM Min Throttle" и "PPM Max Throttle". Старые значения были 1.480мс и 1.832мс, а новые значения стали 1.020мс и 1.976мс. То есть стик газа работал не в полном диапазоне.