SPORT UND RACING

Mikro Kopter Grundlagen (aka Micro Copter, Tiny Whoop)

Was ein Mikro Kopter Pilot wissen sollte

Mikro Kopter Grundlagen Tuning Beta65 BetaFPV

Dieser Guide besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil befasst sich mit den Grundlagen bis hin zu den ersten Flügen. Der zweite Teil behandelt das Tuning. Grundlegende Kenntnisse in Hardware (Sender, Kopter) und Software (Firmware und Konfiguration) sind hilfreich um den Guide zu verstehen. Eine ganz besondere Inspiration für diesen Guide sind Betaflight, BetaFPV, Project Mockingbird sowie die Kollegen von ViennaFPV.

Als Mikro Kopter (Micro Copter) bezeichnen wir meist Quadrokopter (Quad) um die 65mm Größe und einem Gewicht um die 30 Gramm. Gerne werden sie als Tiny Whoop betitelt. Genaugenommen ist das allerdings ein Markenname.

Abbildung 1 BetaFPV Beta65s mit Akku (Abfluggewicht)

Von Mikro Koptern geht, rechtlich wie praktisch, in der Regel eine geringe Gefahr für Mensch und Sache aus. Sie gelten damit meist als Spielzeug. Insbesondere weil sie aufgrund der Windanfälligkeit hauptsächlich Indoor geflogen werden ist ein Konflikt mit dem Luftfahrtgesetzt unwahrscheinlich. Eine Drohne in dieser Kategorie darf sogar, vom Arbeitsinspektor abgesegnet, im Wiener Akademietheater über die Zuschauer fliegen.

Ich persönlich bin kein Freund des Wettrüstens. Es sollte der bessere Pilot gewinnen, nicht der mit dem größten Geldbeutel. Deshalb sehe ich das Hardware Tuning mit gemischten Gefühlen und fokussiere lieber auf das Software Tuning. Zweiteres ist ohne Aufpreis zu haben und kann aus dem originalen Kopter, so wie er aus der Verpackung kommt, ohne Aufpreis einen Racer machen.

Hardware

Beginnen wir mit den Hardwarekomponenten. Danach gehen wir auf die Flugsteuerungs-Software ein.

Rahmen

Der Rahmen (Frame) ist in der Regel aus Kunststoff und beinhaltet einen Propellerschutz (Ducts). Kleine Berührungen mit Hindernissen sind normal in dieser Kategorie, und das hält den Mikro Kopter auch nicht vom Weiterfliegen ab. Bei der Bauart gibt es relativ wenige Varianten am Markt. Ausgenommen für Farbe (Style) und beim Gewicht gibt es kaum Möglichkeiten zu tunen. Manche verstärken die Rahmen um sie robuster zu machen und/oder um Vibrationen zu reduzieren.

Abbildung 2 Rahmen

Ich empfehle einen Rahmen auf Lager zu legen, da diese bei Abstürzen einreißen oder brechen können. Kleinere Beschädigungen können natürlich auch geklebt werden. Rahmen aus dem 3D Drucker sind möglich, allerdings sind nach meiner Erfahrung derzeit die fertig gekauften leichter, robuster und billiger.

Gehäuse

Primär soll das Gehäuse (Canopy) die empfindlichen elektronischen Teile schützen. Es lässt sich aber auch gut individualisieren. Canopy gibt es in unterschiedlichen Farben und Motiven. Wer sie selbst gestaltet möchte kann durchsichtige kaufen. Eine verbesserte Aerodynamik ist eine Begleiterscheinung. Der Luftwiderstand ist bei den Geschwindigkeiten die Mikro Kopter erreichen eher vernachlässigbar.

Abbildung 3 Gehäuse

Auch vom Gehäuse würde ich ein paar auf Lager legen, da sie recht leicht brechen können. Auch hier gilt, man kann sie bis zu einem gewissen Grad flicken. Allerdings sollte man rechtzeitig wechseln bevor die Schutzfunktion beeinträchtigt ist.

Motoren

Bei der geringen Größe von Mikro Koptern kommen oft noch Bürsten-Motoren (Brushed) zum Einsatz. Aber auch bürstenlose Motoren (Brushless) sind bereits verfügbar. Die kleinen Brushed haben weniger Leistung als Brushless und eine Lebensdauer von nur wenigen Flugstunden, bevor die Leistung merklich nachlässt. Brushless haben eine wesentlich längere Lebensdauer, aber auch höheren Energiebedarf sowie höhere Anschaffungskosten. Sie benötigen zusätzlich ESCs (Motorensteuerung).

Abbildung 4 Brushed Motor

Beim Kauf ist auf die Größe (Länge, Breite) der Motoren-Halterungen des Frames zu achten. Standard Motoren tragen Bezeichnungen wie beispielsweise 0716, 0617 oder 0820. Die ersten zwei Zahlen geben die Breite an (z.B. 8mm). Die zweiten zwei Zahlen die Höhe (20mm). Wer längere Flugzeiten haben möchte sollte auf die Effizienz achten. Entsprechend der eigenen Präferenz ist auf den KV Wert zu achten. Die KV Wert Angabe beschreibt grob die maximale Drehzahl pro Volt im Leerlauf.

Abbildung 5 Brushless Motor

Auch zu berücksichtigen ist der Einbau, da Brushed Motoren auf eine bestimmte Drehrichtung optimiert sind. Im Falle von Betaflight haben rechtsdrehende Motoren (im Uhrzeigersinn) eine schwarze Unterseite und Rot-Blaue Kabel. Linksdrehende (gegen den Uhrzeigersinn) haben eine weiße Unterseite und Weiß-Schwarze Kabel. Das ist auch wichtig für jene die sich mit der Propellerdrehrichtung (innen vs. außen) spielen wollen.

Eine Daumenregel besagt, dass je höher die maximale Drehzahl, desto schwächer sind die Motoren (Torque) im Vergleich zur Drehzahl. Motoren mit hoher Drehzahl haben ein „weicheres“ Ansprechverhalten. Motoren mit geringer Drehzahl haben wiederum weniger Verschleiß. In jedem Falle müssen die Propeller an die Motoren angepasst werden, oder umgekehrt.

Bei Brushless Motoren reichen ein bis zwei Stück in Reserve, wenn überhaupt. Der Verschleiß ist zwar gering, sie können allerdings bei einem Sturz (Crash) Schaden nehmen oder auch durchbrennen.

Bei Brushed Motoren empfehle ich zumindest einen Satz (vier Motoren bei einem Quadrokopter) auf Lager zu legen da aufgrund des hohen Verschleiß ein Tausch nach einigen Flugstunden vorprogrammiert ist.

Was das Tunen betrifft sollte eine Balance zwischen Leistung und Energieverbrauch gefunden werden. Stärkere Motoren, steilerer Propeller-Winkel oder verstärkter Rahmen erhöhen den Energiebedarf und reduzieren folglich die Flugzeit. Der Kopter sollte vom Energiebedarf so ausgelegt sein, dass er den Racetrack mit etwas Puffer durchsteht. In einen kurzen Track kann man also durchaus mit einem über-motorisierten Kopter an den Start gehen. Bei einem längeren sollte man auf mehr Effizienz achten.

Propeller

Ob Zweiblatt-, Dreiblatt- oder Vierblatt-Propeller (Props) kommt stark auf die persönliche Präferenz an. Mehr Blatt haben mehr Auftrieb, werden jedoch ineffizienter und träger. Bei gleichen Motoren ist die Flugzeit mit Vierblatt-Propellern merklich kürzer als mit Dreiblatt-Propellern. Weniger Blatt (Blades) sind agiler und effizienter. Deshalb scheinen sich bei den Koptern Dreiblatt-Propeller durchzusetzen, da sich die Vor- und Nachteile aufwiegen.

Abbildung 6 Propeller

Wichtig zu beachten ist der Blatt-Winkel (Angle, Rake, Pitch). Kräftige Motoren mit geringer maximaler Drehzahl verkraften einen hohen Winkel besser. Schwächere Motoren mit hoher Drehzahl erfordern einen geringeren Winkel. Falsche Propeller-Motoren Kombination ist an heißen Motoren und/oder geringer Leistung erkennbar.

Da es viele Faktoren für die ideale Kombination gibt, hilft nur ausprobieren. Werden die Motoren heiß, hält der Akku nur kurz oder ist der Schub zu gering, dann empfiehlt es sich Motor und/oder Propeller zu variieren. Die gekauften Sets haben in der Regel bereits eine relativ gute Abstimmung. Somit fällt dieser Absatz fast schon ins Tuning.

Propeller zählen zu den Verschleißteilen. Bei Unfällen sind sie gefährdet kaputt zu gehen. Auch sind die kleinen Propeller meist nur gesteckt, weshalb sie mitunter beginnen durchzurutschen. Passiert das, hörbar durch Quietschen, kann mit etwas Sekundenkleber nachgeholfen werden. Leicht abgeschlagene Propeller sind aber noch kein Grund getauscht zu werden. Zum Stichwort „gesteckt“: Beim Kauf auf die Lochgröße (Shaft Size) achten, sonst rutschen sie durch oder lassen sich nicht stecken.

Es empfiehlt sich zumindest einen Satz (vier Stück beim Quad) in Reserve zu haben. Es gilt zu berücksichtigen, dass ein Satz zwei links- und zwei rechtsdrehende beinhaltet. Mit etwas Pech wird immer nur die eine Drehrichtung kaputt. Dann kann nicht geflogen werden, obwohl noch Propeller da sind, allerdings in der falschen Drehrichtung.

Flugcontroller, Empfänger und ESC

Der Flugcontroller (FC) ist die Hardwareplattform für die Firmware zur Flugsteuerung, meist Betaflight. Derzeit sind F4 Boards aktuell. F3 würde ich nicht mehr empfehlen, da die Ressourcen für moderne Firmware bereits zu knapp sind.

Flugcontroller (mit extra RX und VTX)
Abbildung 7 Flugcontroller (mit extra RX und VTX)

Die Flugcontroller sind in der Regel AIO (All In One) Boards. Das heißt alle nötigen Komponenten sind auf einem Board integriert, wie der Empfänger (RX). Im Falle von Brushless Motoren ist auch der ESC (elektronische Geschwindigkeitsregler für den Motor) bereits vorhanden. Ein AIO spart Gewicht. Es hat aber den Nachteil, wenn eine Komponente ausfällt, ist das gesamte Board zu tauschen.

Das Board ist durch Rahmen und Gehäuse recht gut geschützt. Das Gyroskop (Lageerkennung) ist allerdings sensibel und kann bei Crashes in Mitleidenschaft gezogen werden. Trotzdem würde ich kein Board auf Lager legen, schon alleine, weil derzeit alle paar Monate ein neues, besseres Board auf den Markt kommt. Auch sind die Boards relativ teuer.

Wichtig beim Kauf ist auf den zur eigenen Fernsteuerung passenden Empfänger zu achten (beispielsweise FrSyk, FlySky oder DSMX). Das gilt selbstverständlich auch beim Kauf des gesamten BNF (bind and fly) Mikro Kopters. Bei RTF (Ready to Fly) ist die passenden Fernsteuerung im Lieferumfang.

Es gibt allerdings auch Boards, die keinen RX integriert haben. In dem Falle kann ein beliebiger RX, wie zum Beispiel ein TBS Crossfire Nano, eingebaut werden. Warum man das tun sollte? In Kombination mit einem stärkeren VTX, beispielsweise dem TBS Unify32, lässt sich so tatsächlich ein Longrange Mikro Kopter bauen.

Kamera und Videosender

Die Kamera (Cam) nimmt das Bildsignal auf. Der Videosender (VTX) schickt das Signal dann über Funk an die Videobrille. Dabei ist ein möglichst verzögerungsfreier und störungsfreier Empfang anzustreben. Leider geben die Hersteller von Mikro Koptern nur selten diese Details in der Beschreibung an.

Analog zum Flugcontroller sind auch Cam und VTX meist in einem Stück. In der Regel sind sogar alle der genannten elektronischen Komponenten (FC, ESC, RX, Cam, VTX) in einem Block verbaut, sodass der Tausch einzelner Komponenten gar nicht möglich ist.

VTX neigen leider zur Überhitzung und brennen deshalb gerne durch. Die Kamera ist zwar vom Gehäuse geschützt, ist aber eine der Komponenten, die Unfälle nicht gut verträgt. Trotzdem würde ich auch in diesem Falle keine einzelne Cam auf Lager legen. Gleiche Begründung wie bei den Boards.

Mikro Kopter Elektronik
Abbildung 8 Mikro Kopter Elektronik

Akkus

Der Akku ist die Energiequelle sowohl für den Antrieb als auch den Flugcontroller. Gute Akkus sind belastbar und möglichst leicht bei möglichst hoher Kapazität. Die Kapazität lässt sich dabei nicht beliebig steigern. Akkus mit höherer Kapazität sind in der Regel schwerer. Dadurch relativiert sich der Gewinn an Flugzeit durch das höhere Gewicht.

Akkus
Abbildung 9 Akkus

Unterschieden wird bei der Nennkapazität, Spannung und dem maximalen Entladestrom. Die Nennkapazität ist jener Strom, der dem Akku entnommen werden kann. Mehr ist besser, heißt aber auch mehr Gewicht und Größe. Und sie kosten meist auch mehr.

HV Akkus (High Voltage) können bis 4,35V geladen werden, normale Akkus bis 4,20V. Normale Akkus niemals mit HV Ladespannung laden. Der empfohlene Ladestrom liegt meist bei 1C. Bei einem 200mA Akku wären das 200mA (0,2A). Weniger Ladestrom ist OK, es dauert nur länger. Viele Akkus können bis 5C geladen werden, in dem Beispiel also mit rund 1A. Das schnelle Laden wirkt sich allerdings negativ auf die Lebenserwartung aus.

Der maximale Entladestrom ist mit einem Faktor der Nennkapazität (C) angegeben. 30C/60C bedeuten in dem Beispiel eine Dauerlast von 30x200mA = 6A und eine Spitzenlast (ein paar Sekunden) von 60x200mA = 12A. Wer einen energiehungrigen Mikro Kopter hat, benötigt einen hohen Wert. Wenn der Akku sehr heiß wird, und/oder sogar bei vollem Akku die Spannung einbricht, ist der Akku vermutlich zu schwach, oder alt.

Meiner Erfahrung nach sind die MyLipo.de Akkus die robustesten am Markt. Sie waren die einzigen Akkus, die einen professionellen Betrieb (ja, auch Mikro Drohnen können kommerziell genutzt werden) überdauert haben. Im Test waren auch BetaFPV und Tattu Akkus. Grundsätzlich ist mit keiner hohen Lebenserwartung zu rechnen, da die Akkus bei dem Anwendungsgebiet sehr stark belastet werden.

Tipps zu einer möglichst langen Lebenserwartung sind, sie niemals voll geladen zu lagern. Lagern heißt, für mehrere Tage nicht zu nutzen. Auch sollten sie nie tiefentladen werden. Die Spannung für die Tiefentladung variiert stark je nach Herstellung. Die absolute Tiefentladung von LiPos (Lithium Polymer Akkus) liegt bei 2,7V. Allerdings ist bereits ab einer Unterschreitung von 3,1 V mit einer nachhaltigen Schädigung der Akkus zu rechnen. Die tatsächliche Kapazität weicht durch das Altern immer mehr von der Nennkapazität ab.

Wer seine Akkus möglichst lange erhalten möchte, sollte sie also erst unmittelbar vor dem Fliegen laden, bei 3,2 V landen und die Akkus bei ca. 3,8V lagern. Auch sollten sie nach dem Fliegen erst auskühlen, bevor sie erneut geladen werden. Hitze beschleunigt das Altern.

Tipp: Sollte es einmal passieren, dass ein Akku unter 3V gefallen ist, z.B. weil man vergessen hat abzustecken, dann möglichst schnell wieder laden. Kurzzeitige Tiefentladung muss noch keinen Totalausfall bedeuten. Man bedenke, die Akkus sind Sondermüll und sollten nicht leichtfertig weggeworfen werden.

Kleinteile

Die kleinen Schrauben gehen gerne Mal verloren. Es gibt separate Schraubensets die ich empfehle gleich mit zu bestellen, da man diese Größe normalerweise nicht in der Werkstatt herumliegen hat. In dem Schraubenset sind auch die kleinen Gummidämpfer dabei, die den FC in Position halten.

JST-PH 2.0 Stecker
Abbildung 10 JST-PH 2.0 Stecker

Die Stecker für die Akkus sind tatsächlich ein Verschleißteil und ein Flaschenhals was den Übergangswiderstand betrifft. Der Übergangswiderstand wirkt sich negativ auf die Leistung aus. Wer also einen Leistungsverlust bemerkt, obwohl die Motoren und Akkus OK sind, kann versuchen den Stecker zu tauschen. Ich empfehle zumindest einen JST-PH 2.0 Stecker zu verwenden.

Grundsätzlich, wer Downtimes absolut verhindern möchte sollte sich einfach einen zweiten identen Mikro Kopter auf Lager legen. Unterm Strich kann damit nicht nur ein Warten auf Ersatzteile verhindert werden, es kommt auch tatsächlich meist günstiger.

Software

Als Software (bzw. Firmware) der Wahl bietet sich Betaflight an. Auf vielen Flugcontrollern ist Betaflight bereits vorinstalliert. Das Erste was sich empfiehlt ist in der CLI ein diff oder dump zu machen um die Standard-Settings (Werkseinstellungen) zu sichern, aber vor allem auch um das Target zu kennen. Wenn wir die Firmware updaten, dann muss genau dieses Target auch wieder ausgewählt werden. Um die Flugcontroller Firmware zu konfigurieren, benötigen wir den Betaflight Configurator. Die grundlegenden Settings gehen wir in diesem Guide durch, das Tuning folgt dann im zweiten Teil.

Die ESC Firmware benötigen wir im Falle von Brushless Motoren. In der Regel wird es sich um BLHeli_S handeln. Dafür benötigen wir den BLHeli Configurator. Allerdings ist eine ESC Konfiguration selten nötig, weshalb ich das Thema an dieser Stelle auch wieder abschließe.

Konfiguration

Anbei nur die Anleitung zur grundlegende Konfiguration anhand eines BetaFPV Beta65s (Brushed) und Beta65 Pro (Brushless). Allerdings möchte ich nicht zu tief in die Materie gehen, damit der Guide noch halbwegs kurz bleibt.  Im Tuning Teil gehen wir dann etwas tiefer in der Materie.

Firmware Flash

Wer möchte kann natürlich gleich mit einem Firmware Flashen beginnen. Alte Firmware unterstützt einerseits die Mikro Kopter nicht gut. Andererseits gibt es einen Bug bezüglich dem D16 Protokoll. Es gab immer wieder kurze Aussetzer im Empfang. Mit der aktuellen Version (3.5.6) ist man auf der sicheren Seite.

Setup und Ports

Im Setup Tab gibt es nicht viel zu tun. Auch im Ports Tab benötigt man in der Regel aufgrund der integrierten Komponenten keine speziellen Settings. Zur Sicherheit mit den Werkseinstellungen vergleichen.

Configuration


Im Configuration Tab wird es nun erstmals interessant.

Configuration Tab

Abbildung 11 Configuration Tab (Teil 1)

Mixer

Im Project Mockingbird wird auf den Vorteil von nach innen laufenden Propellern hingewiesen. Die Kurvenlage ist demnach besser, wenn die Propeller „reversed“ laufen. Zu berücksichtigen ist, wer die „motor direction is reversed“ aktiviert muss zumindest die Drehrichtung der Propeller entsprechen der Grafik umtauschen. Aber auch die Motoren haben eine bevorzugte Drehrichtung, erkennbar an den unterschiedlichen Farben der Kabel. Folglich empfiehlt es sich gleich die Motoren samt der Props tauschen.

System Configuration

Eine möglichst hohe „Gyro update frequency“ und „PID loop frequency“ wirkt sich vorteilhaft auf das Flugverhalten aus, ganz besonders bei den agilen Mikro Koptern. Der F4 Prozessor schafft 8k/8k. Allerdings mit Overclocking. Wer das nicht möchte, hat auch mit 8k/4k noch ein gutes Auskommen. Jedenfalls schaltet beim Beta65 sogar der Hersteller BetaFPV das cpu_overclock auf 108MHZ, was eine Garantie trotz Overclocking impliziert. 8k/8k ohne Overclocking hat, zumindest bei meinen Experimenten, zu einem gelegentlichen Einfrieden der CPU geführt.

Tipp: Der CPU Load (die Prozessor-Auslastung) sollte unter 20% im Idle (Leerlauf beim Konfigurator) sein. „Gyro update frequency“ und „PID loop frequency“ sind die größten Hebel für den Load. Allerdings gibt es noch andere kleine Anpassungen die den Load beeinflussen. Beispielsweise das Accelerometer, die Telemetrie, die Dynamischen Filter kosten ein paar Prozentpunkte. Das Accelerometer möchten wir aber in der Regel haben damit wir Angle und/oder Horizon Mode nutzen können. Overclocking wiederum reduziert den Load um rund 5%.

Camera

Der Kamerawinkel korreliert mit der Fluggeschwindigkeit. Ein flacher Winkel ist für den langsamen Flug oder das Hover (Schweben) vorteilhaft. Ein steiler Winkel erlaubt noch bei höherer Geschwindigkeit mehr als nur den Boden zu sehen. Gleichzeitig animiert ein hoher Winkel ganz automatisch zum scheller Fliegen.

Anhand des „FPV Camera Angle“ wird die Intensität des „FPV Angle Mix“ definiert. Der „FPV Angle Mix“ fügt zum Roll etwas Yaw hinzu um den Kamerawinkel zu kompensieren. Auch wird die Kurvenlage dadurch verbessert. Es wird zu einem Roll nach rechts ein Yaw nach links hinzugefügt und umgekehrt. Man kurvt also damit eher wie ein LKW um die Ecke.

Receiver

Unter Receiver (Empfänger) am besten die Standard Settings übernehmen. Wichtig zu wissen, für das in Europa vorgeschriebene D16 Protokoll ist FRSKY_X auszuwählen. FRSKY_D ist für das D8 Protokoll auszuwählen. Fernsteuerung und Receiver müssen das gleiche Protokoll eingestellt haben, sonst lässt sich der Kopter nicht binden.

Other Features

Empfehlenswert sind OSD, Anti_Gravity und die dynamischen Filter zu aktivieren. OSD zeigt einige wichtige Telemetriedaten im Bild an. Anti Gravity dient zur Stabilisierung des Mikro Kopters. Die dynamischen Filter verhindern, dass Vibrationen (Noise) den Flug beeinträchtigen. Ohne Blackbox ist ein Feintuning allerdings schwierig.

Configuration Tab

Abbildung 12 Configuration Tab (Teil 2)

Inflight_acc_cal kann ausgewählt werden, wenn der Gyro manchmal die Horizontale verliert. Das passiert bei schlechten Gyros oder bei gröberen Crashes. Mit einem Schalter kann der Horizont auf waagerecht zurückgesetzt werden, ohne den Akku neu anstecken zu müssen.

Telemetry ist noch ein hilfreiches Feature, um beispielsweise die PIDs über die Fernsteuerung zu setzen (LUA Skript). Das funktioniert allerdings nur im D16 Mode (siehe Receiver). Die Telemetrie-Daten an sich sind nicht unbedingt nötig, da die Spannung sowieso am OSD eingeblendet werden kann. Beziehungsweise wird die Spannung auch ohne Telemetry direkt vom RX übermittelt. Wer CPU Last sparen möchte, kann folglich Telemetry deaktivieren.

Wer einen Mikro Kopter mit LED hat kann noch LED aktivieren und erhält dann ein eigenes Tab für die Konfiguration. Alle weiteren Features benötigen wir in der Regel nicht. Das Thema „Airmode“ kommt im Teil zum Tuning noch vor.

Beeper

Wenn wir keinen haben, wie beim Beta65, können wir hier alles deaktivieren. Es sei angemerkt, auch die Mikro Kopter sind nach deinem Crash manchmal gar nicht so leicht wiederzufinden. Deshalb deaktivieren wir im nächsten Kapitel den „Minimum ARM Angle“. So können wir, ungeachtet der misslichen Lage des Mikro Kopters, armen („scharf schalten“) und dem Geräusch folgen um ihn zu bergen.

ESC/Motor Features

Je nachdem, ob wir nun einen Brushless oder Brushed haben, wählen wir das entsprechende Protokoll aus. Für den Beta65s „brushed“, für den Beta65 Pro „DSHOT600“. Abhängig davon ob wir beim Armen die Propeller in Bewegung haben möchten, oder nicht, stellen wir „Motor_Stop“ aus (Motoren drehen) oder an (Motoren drehen nicht). Drehende Propeller im Leerlauf stabilisieren den Mikro Kopter bei Manövern mit Null Throttle, ähnlich wie Airmode. Allerdings empfiehlt Patrick J. Clarke vom Projekt Mockingbird Standgas anstatt Airmode. Mehr dazu im Tuning Teil.

Brushless Motor

Bei Brushless gibt es dann anstatt einem Minimum Throttle nur eine „Motor Idle Throttle Value“ für die Motordrehung im Leerlauf.

Brushed Motor

Bei Brushed Motoren empfiehlt sich „Motor PWM Speed Separated from PID Speed“ einzuschalten. Die „PWM Frequency“ bestimmt das Ansprechverhalten der Motoren. Ein gutes Ansprechverhalten erzielen wir bei hoher Frequenz. Das geht jedoch auf Kosten der Kraft (Thrust). In der Regel bewegen wir uns zwischen 16k und 32k. Projekt Mockingbird hat mit 25k als einen Wert ermittelt, der zumindest für den Beta65s gut funktioniert.

Arming

Bei einem Mikro Kopter können wir sorglos den Sicherheitsmechanismus „Maximum ARM Angle“ deaktivieren, in dem wir 180 (also verkehrt am Rücken) eintragen. Es gibt Situationen, wo wir uns noch durch Armen wieder flugfähig machen können. Wenn das nicht klappt, ist auch nichts kaputt. Bei einem Mini Kopter (ab 3“ aufwärts) würde ich allerdings aus Sicherheitsgründen nicht über 90° (rechter Winkel) gehen.

Alle anderen Settings übernehmen wir aus den Standards. Im Falle von Beta65s und Pro passen die Betaflight Default Settings an der Stelle gut.

Power & Battery

Das Current Meter können wir deaktivieren, da es meist kein Amperemeter gibt. Wir können es simulieren, wie im Mockingbird Projekt gezeigt. Aus meiner Sicht benötigen wir die Stromstärke allerdings nicht.

Power & Battery
Abbildung 13 Power & Battery

Die „Maximum Cell Voltage“ empfiehlt sich beim HV Akkus über 4,5V zu setzen. Betaflight bestimmt anhand der Spannung die Zellenanzahl. Manchmal werden vollgeladene 1S HV Akkus als 2S (zwei Zellen) missinterpretiert. Dann gibt es fälschlicherweise Warnungen zur Akkuspannung. Als „Warning Cell Voltage“ (Warnung bei geringer Spannung) empfehle ich 3.3V und als Minimum 3.2V. Die Spannung fällt unter 3.3V rasant ab. Zur Akkuschonung empfiehlt es sich bereits bei 3.2V zu landen.

PID Tuning

Das ist vermutlich das spannendste Tab. In diesem Tab halten wir uns am häufigsten auf nachdem die grundlegenden Settings eingestellt sind. Ich möchte allerdings an dieser Stelle nur sehr kurz auf dieses Tab eingehen und auf den Tuning Teil verweisen.

PID Tuning Tab - PID Settings
Abbildung 14 PID Tuning Tab – PID Settings

Die Betaflight Default PID Settings sind für die Mikro Kopter nicht ideal. Das trifft sowohl für Brushed als auch Brushless zu. Wer es sich einfach machen möchte übernimmt die Settings aus dem Mockingbird Projekt, oder aus dem Tuning Guide. Wer die Settings gerne verstehen möchte, dem lege ich den zweiten Teil dieses Guide ans Herz.

PIDs

Grundsätzlich erfolgt das PID Tuning genauso wie für alle anderen Kopter. Der einzige Unterschied liegt darin, dass Brushed Motoren sehr träge sind und daher ungewohnt hohe PIDs vertragen. Im Gegensatz zu den Brushless Motoren gehen wir bei Brushed Motoren anfangs in 25iger Schritten vor. Erst im Feintuning dann in 5er Schritten. Sonst ist das Tunen eine endlose Geschichte. Ein P von 100 ist dabei durchaus normal.

Die Brushed Settings für den Brushless Motor können nicht übernommen werden. In meinen Experimenten führten die PIDs des Brushed Kopters (Beta65s) beim Brushless Kopter (Beta 65 Pro) sofort zum Absturz. Mit unpassenden PIDs könnten die Motoren sogar Schaden nehmen

Die Settings (diff) für Brushed und Brushless Mikro Kopter sind im Tuning Teil bereitgestellt und können natürlich gerne kopiert werden. Gerne auch mit den Settings aus dem Mockingbird Projekt vergleichen. Ich empfehle allerdings die Settings zu verstehen und sinnvoll nach den eigenen Vorlieben anzupassen.

Raten

Die Raten sollten immer so eingestellt werden, wie man sich selbst damit wohlfühlt, ungeachtet was andere sagen und Guides empfehlen. Wichtig zu wissen ist, dass der Angle Mode nicht auf die Raten für Rolle und Pitch zugreift. Mehr dazu im folgenden Kapitel.

Flugmodi

Betaflight unterscheidet drei unterschiedliche Flugmodi: Angle, Horizon und Acro. Im Angle und Horizon bringt der Flugcontroller den Mikro Kopter bei Stick Center in die Waagerechte (Auto-Level). Angle fügt noch einen maximalen Winkel hinzu, über den hinaus der Mikro Kopter nicht pitchen oder rollen kann. Der Acro Modus (Akrobatik) hat kein Auto-Level.

Projekt Mockingbird hat einen wichtigen Aspekt zur Auswahl des passenden Flugmodus eingebracht. Ethan Bayer hat herausgefunden, dass im Angle Modus die Raten lediglich „Angle Strength“ und „Angle Limit“ berücksichtigt werden. Also nicht die RC und Super Rate wie bei den anderen Modi. Yaw ist davon natürlich ausgenommen weil es nichts mit der Waagerechte zu tun hat.

Das Einstellen ist folglich im Angle Modus einfacher aber auch weniger individuell anpassbar. Denn durch diese Eigenheit steuert Angle Strength sowohl die Kraft in die waagerechte Position zurückzukehren, als auch davon weg. Dazu im Gegensatz der Horizon Modus, wo die Raten in die Steuerung einfließen.

Anders ausgedrückt, ein Horizon Modus ist somit besser individualisierbarer als Angle Modus. Einzig zu berücksichtigen ist selbstverständlich das Angle Limit und die Transition. Im Angle Modus geht der Mikro Kopter nicht über das Angle Limit hinaus, Flip und Roll sind nicht möglich. Transition ist jener Stick Ausschlag, bei dem in den Acro Modus gewechselt wird. Ein hohes Limit, beispielsweise 100, würde bedeuten, dass wirklich erst bei Vollausschlag in den Acro Modus gewechselt wird. Im normalen Vorwärtsflug kommt man aber selten über 65%.

Im Acro Modus versucht der Mikro Kopter gar nicht in die Waagerechte zurückzukehren. Der Copter dreht sich entsprechend dem Stick Movement und bleibt dann in der Position bei Stick Center. Ein Limit oder Strength gibt es deshalb nicht. Die entsprechenden Raten beeinflussen das Verhalten.

Für die Mikro Kopter hat sich eher der Angle Modus durchgesetzt als der für die Quads übliche Acro Modus. Das hat mehrere Gründe. Die kleinen Kopter sind oft so agil, dass der Mensch zu langsam wäre schnell genug gegenzusteuern. Das merkt man bei kleinen Berührungen mit Hindernissen. Meist werden die Mikro Kopter in kleinen, engen Tracks geflogen, was ebenfalls im Angle Mode leichter fällt. Hingegen bei langen weiten Speed Tracks bevorzugte zumindest ich den Acro Modus. Und im Freestyle sowieso, sofern der Kopter kräftig genug ist mit Loops umzugehen.

Throttle Mid

Mit diesem Setting kann der Throttle Stick um die Mitte noch etwas weicher eingestellt werden. Das erleichtert das Hovern. Wo sich der Stick beim Hover Point (der Punkt wo der Kopter auf Höhe bleibt) befindet, ist die Mitte. Bei den Mikro Koptern ist dieser Punkt leider sehr stark von der jeweiligen Akku Spannung abhängig. Meist befindet er weit oberhalb der Mitte. Wer das nicht möchte kann auf der Fernsteuerung am Throttle Kanal über den Subtrim den Mittelpunkt nach oben verschieben bis der Hover Point auch tatsächlich in der Mitte ist.

TPA

Das TPA (Throttle PID Attenuation) reduziert die PID Settings um einen Faktor bei Überschreitung eines gewissen Throttle Wertes. Das hilft gegen Oszillationen bei starker Beschleunigung.

Filter Settings

Die Filter sind an sich in den Default Settings recht gut eingestellt. Den Rest erledigen die dynamischen Filter. Nachdem wir in den Mikro Koptern nur selten eine Blackbox haben, können wir uns entweder auf die Erkenntnisse aus Projekten wie Mockingbird oder das eigene Gefühl verlassen. Im Projekt Mockingbird ist bei „Gyro Lowpass 2 Cutoff“ 751Hz als guter Wert ermittelt worden. Und bei „D Term Lowpass“ BIQUAD anstatt PT1.

PID Tuning Tab - Filter Settings
Abbildung 15 PID Tuning Tab – Filter Settings

Receiver

In dem Tab können sehen wir die Steuersignale der Fernsteuerung. Wichtig ist hier insbesondere, dass das Channel Mapping passt. In der Regel ist das Mapping „TAER1234“ bei FrSky. Wer das RSSI Signal von der Fernsteuerung an den Flugcontroller schickt, kann hier den entsprechenden Channel auswählen. Dann wird das RSSI Signal auch im OSD angezeigt.

Receiver Tab
Abbildung 16 Receiver Tab

Die meisten Fernsteuerungen bzw. Gimbals haben einen Jitter (Zittern). In der Regel +/- 1 um den Sollwert. Bei alten Gimbals auch mehr. Mit RC und Yaw Deadband kann die Toleranz eingestellt werden damit der Mikro Kopter nicht herumzittert. Zu beachten, dass sich damit auch die RC Rate leicht verändert.

Modes

Im Modes Tab stellen wir die Schalter ein, beispielsweise mit dem wir den Mikro Kopter armen (scharf schalten) möchten. Mit einem weiteren Mode können wir den Flugmodus ändern. In dem Beispiel haben wir einen Dreifach-Schalter. Bei Stellung 1 ist der Kopter ausgeschalten. Bei Stellung 2 ist der Mikro Kopter gearmed und im Horizon Modus. Bei Stellung 3 ist der Kopter gearmed und im Acro Modus. Auf den Angle Modus wird in dem Beispiel verzichtet. Die Erklärung dazu kennen wir aus dem Kapitel Flugmodi.

Modes Tab
Abbildung 17 Modes Tab

In dem Beispiel haben wir zusätzlich einen Schalter um die Waagerechte zurückzusetzen. Ist die Waagerechte verstellt, wird der Mikro Kopter sonst im Horizon Modus sofort nach dem Armen versuchen die falsche Waagerechte herzustellen.

Der FPV Angle Mix ist in dem Beispiel beim Horizon Modus automatisch hinzugeschalten. Beim Acro Modus jedoch nicht. Mehr zum FPV Angle Mix im Tuning Guide.

Adjustments

Das Adjustments Tab ist nur im Expert Mode sichtbar. Wer möchte kann den Modus noch mit einem bestimmten Raten Profil (Rateprofile) verknüpfen. Das „If enabled“ wird aktiviert und der entsprechende Schalter definiert sowie eine Range. Mit „then apply“ definieren wir, was passieren soll. Der Slot ist an sich egal. Der „via channel“ ist in dem Fall ident mit „when channel“.

Damit ist in der Konfiguration im Disam (AUX1 bei 1000) das Raten Profil 1 ausgewählt, bei Horizon (AUX1 bei 1500) Profil 2 und bei Acro (AUX1 bei 2000) Profil 3. Leider korreliert die Slot Nummer nicht mit der Profil Nummer. Auch das „is in range“ ist an sich für diesen Zweck egal. Solange der Schalter einen Wert innerhalb der Range erreicht funktioniert der Mechanismus, auch wenn der Schalter in anderen Positionen außerhalb der Range liegt.

Adjustments Tab
Abbildung 18 Adjustments Tab

Motors

Das Motors Tab benötigen wir an sich nur um die Motoren bez. Funktion, Position und Drehrichtung zu prüfen und eventuell Vibrationen zu entdecken.

OSD

Im OSD Tab stellen wir nach Belieben ein, was im FPV Bild angezeigt werden soll. Es empfiehlt sich, möglichst wenige Elemente im Bild zu haben. Am hilfreichsten ist „Warnings“. Mit dem alleine könnte man bereits auskommen, da auch auf eine geringe Spannung hingewiesen wird. Fast verpflichtend ist jedenfalls noch der „Craft Name“ um ermitteln zu können wer sich auf einer VTX Frequenz befindet.

Trotzdem sind auch RSSI, Main Batt Voltage und ein Timer recht nützlich. Alles weitere lenkt nur vom Fliegen ab.

BlackBox

Wer eine Blackbox hat, kann diese hier aktivieren. Weder Beta65s noch Beta65 Pro haben eine Blackbox, weshalb sie deaktiviert werden kann. Die Blackbox hilft insbesondere beim Tunen.

CLI

Über die CLI können wir Setting abfragen oder eingeben. Es gibt dabei mehr Settings als im Configurator grafisch dargestellt sind. Grundsätzlich sollten immer mit einem „diff“ die Änderungen zu den Standardsettings gespeichert werden, um später darauf zugreifen zu können. Einige Settings sollten auch nach einem Firmware Flash wieder eingespielt werden, beispielsweise die frsky_spi Settings (Beta65).

Hinweis: bei einem „diff“ werden nur das aktuell ausgewählte Profile und Rateprofile angezeigt.

Zusammenfassung

Ihr kennt nun die wesentlichen Grundlagen zu einem Mikro Kopter. Nun wisst ihr, was es zu beachten gilt, was die Settings bedeuten und wie ihr die Einstellungen sinnvoll anpassen könnt.

Im zweiten Teil gehen wir auf das Tuning des Mikro Kopters ein, damit dieser nicht nur gut, sondern super fliegt.

Teile Liste

Diese Liste dient als Referenz für die genannten Komponenten. Es sind keine Affiliated Links und ich bekomme auch nichts dafür. Ihr bekommt allerdings bei den BetaFPV Links einen 10% Rabatt.

Mikro Kopter Beta65s (Brushed)
Mikro Kopter Beta65 Pro (Brushless)
Rahmen
Gehäuse
Motoren
Propeller Dreiblatt 0,8mm für Schaft Beta65s
BETAFPV F4 FC 1S FrSky Flugcontroller
BETAFPV F4 FC 1S NoRx Flugcontroller
BETAFPV 10pcs Upgraded Tiny Whoop JST-PH 2.0
BetaFPV Schrauben und Ersatzgummis
Mylipo.de Akkus
BetaFPV 260mA Akkus
BetaFPV 300mA Akkus

Drohnenexperte - FPV Drohnenpilot

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