多旋翼无人机检测与维修 校本教材

多旋翼无人机检测与维修

第1章无人机常见故障及判故方法1.1、机械故障1.1.1、脚架脚架的故障主要为两种：疲劳断裂和弹性不足。主要现象体现在起飞和着陆。起飞：现象：飞机无法离地或者是飞机起飞后立刻向某一个方向高速运动，但是油门加大后能够摆平，这个可能是由于脚架受到损伤导致脚架不平或脚架安装不平导致的。原理：一般直升类的飞行器都可能出现此类故障，当一部分脚架先离地，有一个点还未离地时，飞机会向这个点偏，这是因为这个点存在一个横向的摩擦力，会影响飞机的运动，飞机在自主增稳定过程中会增加这个方向上的拉力，但实际上此时的飞机是倾斜的，越增加这个方向的拉力，飞机倾斜的越厉害。检查：飞机出现无法离地时要检查脚架是否有机械结构的损伤，检查飞机起飞的地方是否水平，检查脚架安装是否水平。降落：现象：降落的故障比较明显也比较危险，主要现象就是不断弹跳。飞机在落地时会弹起来，再落地，再弹起……，这个主要是降落速度过高或脚架弹性过高不能充分吸收降落时地面冲击的能量造成的，也有可能是脚架损伤造成的弹性问题造成的。原理：降落的过程是这样的：飞机落地时先压缩脚架，当降落的弹力比较大时，脚架无法完全吸能时，飞机就会被弹离地面，飞机离开地面后飞控判断飞机没有降落，然后保持飞机姿态，但是飞机在被弹起是肯定是有至少一个点先着陆的，反弹起的力是倾斜的所以此时的飞机姿态也是倾斜的，飞机会加大油门，然后保证水平，水平后，飞机在重新降落，但此时飞机已经有一定的高度，所以会重复刚才的过程。检查：出现弹跳现象要检查脚架的软硬程度，更换较软的脚架或降低降落的速度。1.1.2、机身机身的故障一般是机身内各种设备互相交叉。还有就是碳纤维材质还是导电的，机身出现故障一般是飞机上电后会出现一些莫名其妙的动作，比如说，在推油门的过程中，某些电机转速正常某些电机转速突然不正常，或者是飞控莫名其妙的报警，或者出现一些声音如螺旋桨打到线的声音。这些情况要检查机身是否有问题。主要检查整个机身与设备的走线、布线是否有错误；另一个是所有导线的接头与机身和螺钉是否有接触。这些电故障可能是由机身导致的。1.1.3、机臂很多小飞机上是没有定位的，尤其是碳管结构的机臂，很容易装偏。如果大部分机臂都往一个方向偏，飞机离开地面后会往一个方向自旋，这时飞控是控不住的；还有一种可能是机臂偏的方向是随机不同的话，飞控有可能能控住，但航向操作的手感会非常不好。这些可能是机臂导致的故障。这种情况就是检查机臂的安装，然后用手工确认机臂的强度。机臂检查其实可以自己做一个简单的型架，就是在一块板上做四个窟窿，然后往飞机上从上往下套一下就可以看出来机臂的长短安装问题，机臂的角度倾斜问题，，机臂的左右安装问题；机臂的损伤只能靠主观判断，就是用手施加压力，然后看看是否有一个与其他的不同，再判断是否有故障。1.1.4、设备安装飞机上的设备是通过减震器，螺钉，双面胶的安装到飞机上的，其中飞控和云台对飞机的飞行影响比较大。飞控的安装不当主要表现在飞控的震动，就是在飞行时会发现飞机的状态不太正常，主要的现象就是电机的声音会阶段性的发送变化，声音的变化非常乱，会看到螺旋桨的声音高速抽动，这种声音的变化往往不是电机本身造成的，而是由于飞控安装不当导致的。遇到这种情况要先检查飞控数据里的振动值是否超过飞控能忍受的要求，如果超过了要求的话，就要检查飞控的固定是否可靠，如果飞控固定可靠的话就是使用的减震器的软硬程度不合适，需要更换更软或更硬的减震器，来减小振动值。因为小飞机的转速较高，所以它的振动频率很高，所以随便加一个减震器或者配点儿重就可解决这个故障。由于小飞机一般都是高频小幅振动，如果飞控安装是正常的，但还是出现了大幅振动的话，那就是重量匹配问题了，就要考虑在飞控本身上面加配重来解决这个问题。因为市售的减震器都太硬了，只能通过加配重来解决。云台安装不当主要体现在看到的图像的清晰度不足，或者有果冻效应。这是由于云台震动导致的。云台震动的检查与飞控一样，检查云台本身需要的固定螺丝是否正常，在固定螺丝正常的情况下检查减震，由于云台比较重，所以减震器的软硬程度要合适。1.2、动力系统故障1.2.1、电池组电池组的形式比较统一：由多个单体电池并联或串联在一起，以便达到无人机所需的电压和电量。既然有串有并，多个单体在一起就牵扯到一个问题：电池组本身的不平衡性，就是其中某一个单体出现故障的情况会出现。当电池组其中的某一个单体出现故障的前期故障不严重现象为这个单体的电池的电压会降的比别的电池速度快。因为电池充完电的时候是平衡过的，它们的电压应该是一样的；到了后期故障严重时表现为充电时平衡不了，本来充一个小时的电池充了三个小时也充不完，总是在平衡，此时看电池新老检测的数据会发现有一个电池的电压总是跟其他的不一样，这也是电池单体故障。故障不严重时充电还是能够平衡的，电池在上天飞的时候才会发生故障，故障表现为飞机远没有达到预计的飞行时间，电压报警器就开始报警。我们使用的电压报警器（俗称叫“BB响”）是对每一个电池单体进行监测，这是非常好的一种监测方式，所以当某一个单体出现故障它就能检测出来。这种检测方式也是针对目前航模用的聚合物锂电池，它一般出厂的时候本身平衡就不好所以容易出现单体故障。根据这种检测方式就能够判断出是哪个单体出现故障。还有一种故障时电池组达到其使用寿命，当电池寿命快到的时候会出现飞机在同样条件下的航时大大降低和整组电池充电还是能够平衡但充电器上显示的冲进去的电池电量不足，比标称电量要差很多。这种情况就是电池组的整体寿命到了。导致电池组故障的原因主要是电池的充放电没有符合要求。航模电池一般为大电流的放电，而大电流的测试芯片价格昂贵，故航模电池上是没有保护的，所以稍不注意就容易造成电池过放。电池的单体故障一般不可能是使用造成的，肯定是电池本身的质量问题。1.2.2、分电系统分电系统又叫电源管理系统，主要作用是把电池组的电分配给各个用电设备，对电池组的电进行降压等。电源管理系统的故障比较明显，主要有飞控发生电压报警，飞控使用的电源是分电系统供过来的低压电，如果它收到的电压波动超出了它能够接受的范围，就会报警。另一个现象就是飞机上的一些设备突然重启，比如飞控突然关闭，过一会儿又重启了，如果在天上这就炸机了；其他设备如GPS的指示灯突然灭掉又亮起来，电台信号时有时无。这些现象很有可能是由电源管理系统给它们供的电压的波动或电压值错误造成的。另一个现象就是飞机上电后电调都有正常的提示音，但是在推油门加电时某一个电调不转，其他都很正常，这时就要检查电机的动力电是否被分配到电调上去，检查一下电调线的连接。还有一种现象就是在使用过程中，上电后电调突然报警，一些比较好的电调会有电调供电报警。还有一种情况是设备工作一切正常，但是电调过热甚至着火。这种是电调跟电源电压之间的匹配问题。每个电调都有其自身规定的不能超过的电压范围，这跟它使用的出口的场效应管所能忍受的电压有关，还和它的内阻有关。电压过高话它的发热量很大或者直接击穿场效应管，发热量大会导致过热或者着火，击穿会导致电调直接损坏。这两种现象都是电调与总电压的匹配问题导致的。电源管理系统就两件事，一个是变压输送给各个设备；一个是分电，把电池组的动力电分配到各个电调上。这两块儿故障的主要现象就是一个是设备工作不稳定，一个是电调报警，或者是有一个电机跟其他电机不同。1.2.3、电调电调跟三个设备相连，第一个是与飞控相连，从飞控读取油门信息，一般是PWM的；第二关是与电源管理系统相连，从电源管理系统取得动力电；第三个是与电机相连，采用三相电的方式输送动力电到电机。所以电调的故障就跟这三方面有关。跟飞控相关的情况比较简单，因为一般电调没有信号或信号不正常都会有特定的报警声音，只要知道了这个报警的声音如果出现了的话就肯定是飞控与电调的连接有问题，但不一定是连接线的问题也有可能是飞控本身没有输出信号，因为飞控有一个保护问题。所有要判断故障的话，可能两个现象是一样的，这个要判断到底是故障还是保护还得跟飞控的使用经验有关。电调与电机是通过三相电相连的只有三根线，故障判断比较简单，主要现象就是电机的转向错误，只要将三根线中的任意两根交换即可解决。针对多旋翼飞行器的电调有一个比较难以检查的故障，就是电调顺序安装错误。不同位置的电调的信号来源必须安装飞控通道的规定来连接，而且不同的飞控的规定是不同的，所有非常容易出错。这个问题的检查只能沿着电调的信号线一点点向上捋，这样才能找到电调连接到是哪个通道，然后再向下捋找到电调连接的是哪个电机，这样才能检查出到底是哪个电调出错。当电调的线比较乱，相互交叉时，往往难以检查。出现这种故障的现象就是飞机无法控制，在天上往哪个方向都是发散的，一起飞就往一边偏。这个问题最需要注意的就是不同的飞控的通道的定义。电调的故障还有一个就是过热，现象就是飞机降落以后用手接近或触摸电调能明显感受到电调发烫，或者使用测温仪检测能明显看到电调的温度不正常。发生过热一般是电调质量问题。如果几个电调中只有一个过热应先检查是否是其他问题导致的，比如动力输出不平衡等问题，当然也不能排除是电调品质问题。如果飞机的多个电调都过热，飞过以后都很烫（烫手的概念一般认为是在60度以上），要么就是选用的电调的参数不合适，要么就是电调的质量有问题。1.2.4、电机电机最常见的一种故障是电机丢相，现象是上电后在低油门的情况下发出“咔咔”的响声。这种故障不是电机本身的事，是电机与电调的匹配问题。这种故障一般随机出现在某一个电机上，都是在低油门阶段，它会影响飞机在这个时候的动力输出，瞬间失去动力，因为此时电机会瞬间的反作用力，使螺旋桨失去动力。这种故障先检查电调的进角设置是否正常，对于电调来讲进角设置是正常的功能，所以此故障一般是电机的质量问题或多个电机之间的质量差异较大。出现这种故障只能更换电机，或更换电机的供应商。电机还有一个常见的故障就是过热，一般飞机降落后要用手主观测试或用测温器测试一下温度。如果某一个电机过热，这个要考虑的问题比较多，一种是飞机本身的重心不平衡导致的过热，这种情况的过热量一般不会太大，过热的电机一般比其他电机高20～40度。如果电机的温度达到烫手或比其他电机的温度高很多，温度差异达到40度以上，这种情况就要考虑电机内部是否有异物导致转动困难，或电机内部的线圈有问题导致的发热，这些是不正常的发热，此时电机就要进行更换。另一种判断方法就是从飞控的动力输出上进行判断，如果某个电机的动力输出特别异常，比别的电机高，这就说明这个电机有故障导致转动不顺畅。它内部的阻力导致的输出非常大。电机还有一种常见的故障时与螺旋桨相关的，现象就是飞机一起飞螺旋桨就飞出去，这种情况是由于固定螺旋桨的螺丝有正扣反扣，螺丝扣必须与螺旋桨的旋转方向相匹配，安装正确的话螺旋桨会越转越紧，安装错误的话一起飞就松掉了，然后螺旋桨就飞出去了。电机还有一个突发性的故障，现象是飞机飞行过程中突然有一个电机失去动力，飞机坠毁以后电机非常热。这种情况一般是由电机过热造成的磁铁消磁导致，一般情况下温度超过150度磁铁就会消磁。当飞机出现坠毁并且电机非常热一般就是电机消磁导致的。电机还有一种安装导致的故障，现象是飞机飞行的时候动力不正常，飞机飞行的时候突然变得不受控。这种情况可能是电机的松动造成的。因为电机是个高振动的器件，长时间飞行后电机的固定螺丝可能会由于振动而松动，导致电机不稳。这种情况只能通过经常检查或在螺丝上加固定销来解决和避免1.2.5、螺旋桨因为螺旋桨有转动方向和正反方向两种飞行，所以经常会遇到安装错误的情况出现。表现现象就是飞机一离地就姿态很不正常，但检查电机的转向和电调的安装也是正确的，但飞机就是不正常。这种情况就有可能是螺旋桨安装错误。安装错误主要有两种情况，一种是将正桨的位置安成了反桨，如果正反桨都装错误，那么飞机会无法起飞，如果只有一对装反的话，飞机起飞就会侧翻。还有一种情况就是螺旋桨的正反桨的位置是正确的，但桨面装反了，这种情况飞机是能飞的，就是姿态不正常，这是因为桨面装反后是可以产生升力的，但效率很低，这样控制起来手感很不正常。螺旋桨有损伤的现象与螺旋桨安装不正常都是一样的，都是飞机飞行不支持，要判断这个只能是下来以后通过主观来检查，观察螺旋桨的桨尖有没有受伤，这个是最明显的，因为螺旋桨一旦出现比如触地或打到什么东西，最先受伤的应该就是桨尖。塑料的桨就是有可能有一块发白或缺损，这个是一定要换掉的。另外，螺旋桨还有一个平衡问题。两个桨叶生产出来以后有一个动平衡和一个静平衡。动平衡指的是两个桨叶产生的升力是不是相当；静平衡是指两个桨叶的重量是不是相当。如果飞机出现不正常的振动情况，在更换桨以后振动发生变化说明螺旋桨的质量有问题，这个质量问题会导致振动过大的话有可能会使飞机失控。动平衡不当就是桨叶两边产生的升力不同，这个现象就是在螺旋桨转动的时候从侧面去看，会看到桨叶出现分层，一个桨叶向上翘的多一些，一个桨叶向上翘的少一些，油门推的越大现象越严重，这个就是动平衡不当造成的。这两种情况一般都是螺旋桨的质量问题。1.3、飞控及传感器故障一般对于开源飞控来说，第一件要做的事就是通过USB连接电脑然后刷固件。第一个故障就是飞控与电脑无法连接，这个故障有几种原因造成的。一种就是PCB本身的工艺问题，比如电源系统有故障导致飞控根本不启动，这种就是飞控接上USB后没有任何现象，甚至在接到USB上以后Windows报警，有设备拔出的声音，这说明发生了短路导致USB负荷增大，Windows将这一路USB关闭。这种情况飞控的指示灯基本不闪或不亮，有没有其他响应，这个飞控只能更换。另一种就是没有TF卡或TF卡有问题，这种情况下的指示灯是正常的闪，但是有TF卡故障的报警音，这说明没有插TF卡或TF卡有问题，TF卡故障也会导致连不上电脑。插上或更换TF即可解决。再有一种情况就是飞控本身没有启动正常的提示音，或者有正常启动的提示音，但指示灯的闪烁都正常，但就是无连接电脑，这种情况一般就是电路板上的传感器本身有故障或者传感器焊接有问题飞控没有得到传感器的信号才导致的这个问题。连接地面站后有一种特别常见的故障就是传感器本身质量有问题给出的数据不正确，这种情况下如果晃动飞控，姿态会不断的发生变化无法回到正常状态或者零状态，即使停止晃动也无法回到正常状态。这种情况就是传感器焊接没有问题，但是传感器本身发生了故障导致其输出数据不正确所以对姿态的判断就不正确。飞控故障还有就是进行加速度计校准或电子罗盘校准，校准无法通过，或者电子罗盘校准数据量很小。这种情况就是相应的加速度计和电子罗盘虽然硬件正常焊接但芯片本身有故障。再有就是飞控与接收机的连接如果出现了问题，或者飞控没有给接收机供电，或者飞控从接收机接收的信号不正确，比如说使用的PPM或S-BUS信号没有得到正确的信号，这种情况就是就是接收机的模式没有调节正确，接收机的故障统一的现象就是在飞控的遥控器校准页面没有任何数据，所有的通道都是零。如果某一个通道数据不正常，就有可能是遥控器的问题；如果所有的通道的数据全都没有，那肯定是接收机不正常，要检查接收机与飞控的信号线的连接，接收机的供电，接收机与遥控器的匹配等。还有一种情况就是，Pixhawk的飞控解锁以后电机会以低速进行选转，这样便于检查起飞前的各种错误，尤其电机和螺旋桨的安装错误。但有些时候解锁以后虽然解锁正常但电机不转，这个故障是由于遥控器本身的油门范围太小。这是就要看一下遥控器校准页面，当遥控器油门在最低处时，油门的数值应该在1000以上，如果不够的话，调一调微调在重新校准让最低油门在1000以上，这样解锁后才会转动。一般我们使用的GPS模块里面是有两个设备的：电子罗盘和GPS接收机，如果接了GPS后飞控默认是使用外置电子罗盘的。当在校准的时候发现数据不正确说明外置电子罗盘本身工作不正常。如果在室外，上电以后发现GPS本身能够定位但飞控本身无法定位的话，那就是GPS与飞控的连接有问题，可以检查一下GPS与飞控的连线。因为Pixhawk飞控内置两套IMU系统，陀螺仪、加速度计、电子罗盘都是两套，当两条传感器的数据互相之间出现很大的偏差时，这个时候通过电台可以在地面站发现飞控会报相应的健康度的错误，出现健康度的错误时将飞机静置一分钟左右飞控会自动校准解决这个问题。再有就是飞机起飞的时候是正常的在飞行一段时间后，突然莫名其妙的出现航向不断的旋转。这种现象一般不是电子罗盘的问题而是由其中一套陀螺仪故障造成的，这时候如果有七彩指示灯的话，指示灯会变成红色在闪。如果飞机在天上飞当GPS正常的时候，定点是没有问题的，如果在定点的过程中发现飞机画弧度动作，就是飞机围绕一个中心点，在一个随机大小的圆上不断的做水平运动，好像围绕这个点绕圈一样，但飞机的指向一直保持不变。这时候就是电子罗盘受到了干扰。干扰途径一般有两种，一个是来自周围的环境，比如高压线或者强磁体，或者距离某种电磁场太近；另一种就是被飞机本身的电机的磁性干扰导致的这个问题。这种干扰在飞行以后分析飞行数据是可以看出来的，就是磁场数据非常乱，没有指向性。再有一个就是飞机在飞行过程中出现很大的振动，这种振动不是电机本身的振动而是整个飞机在随机的方向上振动，而且声音也是非常乱。这种情况要检查一下可能是因为飞机本身的振动值偏大，导致飞控对电机进行频繁的操作，然后又加剧了振动，如此的恶性循环导致飞机振动，到最后失去姿态。还有一个常出现的现象就是飞机在飞行过程中突然升高，这种现象一般是由于某个电机的瞬间故障，或者是受到了其他的一些干扰，比如说突风等。这种干扰导致飞机姿态发生了巨大的变化。这种干扰使飞控做出一个保护措施，就是给飞机增加油门，然后在增加油门的同时让飞机首先恢复姿态，这样看到的现象就是飞机保持其姿态上升。这种情况要检查电机的机械结构的连接是否有问题，或者是在天上是否受到了突然的撞击。如果飞机在飞行过程中发生了一些稳定的故障，比如有振动，或者是飞机在某些操作时飞机的偏移量突然增大，或者飞机的航向缓慢的漂移等，那么这一般是由于PID调参不当造成的，这个不算是故障，但是在新手中会经常出现。还有一种飞行故障是飞机在定点的过程中缓慢的向某个确定的方向移动，这种一般是由于GPS信号不良或GPS信号强度不够造成定位偏差造成的便宜。这些跟飞机受到的遮挡有关，所以偏移的方向是固定的。以上这些都是通过飞行现象来判断故障，但飞控本身的故障大部分无法直接观察出来，只能在飞行过后通过分析飞行数据来看是否有相应的报警，如果有就是相应的地方出现了故障。1.4、常见载荷故障对于多旋翼无人机来说载荷一般比较简单，一般也就是加装云台，摄像头。常见的就是云台故障或摄像头故障。云台最常见的故障就是图像出现大的抖动，而且不是果冻效应的那种，而是等频的大幅度的抖动，这个是由于云台的PID参数调节不正确造成的，或者是摄像头本身重量发生变化而云台是按照原先的摄像头重量调的参数，重量改变了，就会出现这种情况。这种问题的解决方法就是重新调参。摄像头因为集成度比较高所以本身故障出现的比较少。摄像头故障主要就是出现雪花，这个可能是由于摄像头的视频连接线接触不良造成的，或者是其模拟信号受到干扰正常的，还有一个就是减震不当造成的果冻效应。再有就是普通的电气故障，比如说供电不足等。1.5、链路故障多旋翼的链路一般包含三种，一种是最常见的遥控器链路；一种数传链路，就是飞控与地面站之间进行数据交换；还有一种是图传链路，就是传输飞机上的实时图像。三种链路的特点都是不一样的，遥控器链路的带宽非常低，只是往上传输几个通道的数据，出了四个通道常有，其他的还不是总有，但遥控器的链路的实时性要求最高；数传链路的实时性要求次之，信息量比遥控器的要大一些；图传相对于遥控器和数传对实时性基本没有什么要求，但信息量的非常大，带宽是几兆的级别，跟遥控器和数传完全不是一个量级。1.5.1、遥控器链路遥控器的故障比较常见，主要有以下几种。一种是跳舵，就是飞机在天上忽然随机的发送突发的运动，然后又立刻恢复正常。这种情况非常大的可能就是遥控器本身信号受到干扰，或者是发射接收出现故障收到错误信号。这种情况要检查遥控器和接收机的供电是否正常，供电正常的情况下那就是产品质量问题了。供电问题还有可能会导致信号时有时无，不是跳舵，而是飞机控着控着突然不受控了，然后飞机往一个方向飘起来，这也是由于接收机供电造成的。所以出现这种莫名其妙的跳舵现象，或者突然失控有可能恢复也有可能恢复不了的情况。如果飞机还能落下的话，首先检查遥控器链路的供电情况。这种是在手工遥控就是自稳模式才会这样，如果是定高或定点，就要另当别论了。1.5.2、数传链路一般来讲，飞机在天上的故障处理就是对于遥控器，就只能靠其他链路来补充，最重要的就是电台。一般来讲电台的控制距离和信号稳定性，都比遥控器要好。所以在室外飞行的时候建议加装上电台，用地面站监控。加装电台不光是为了看状态，一旦遥控器失控（遥控器的信号比较弱，很容易被干扰），还可以用电台发信号让飞机回来，避免损失。在飞控里其实有电台的信号强度指示，所以电台故障比较简单，就是信号强度下降到30%~40%以下，这个时候就可以判断为电台故障，就要停止飞行。因为电台如果再没有的话，飞机一旦超出遥控器的范围（这个很容易，遥控器只有一公里甚至只有五六百米的距离）电台在没有的话飞机肯定就失控了再也飞不回来了。所以当在地面站看到电台的信号强度降低到30%～40%以下时必须要返回，这个时候肯定是电台有故障。电台这种设备一般是比较稳定的，不容易出现故障。设备比较简单要出故障要么就是信号线接触不良，要么就是供电问题，电压波动太大导致性能发生变化。故障的现象都是一样的，就是地面站显示信号强度很低，具体情况要等飞机回来以后才能测试。1.5.3、图传链路图传是一种带宽非常高的设备，主要有两种，一种是模拟图传，一种是数字图传。模拟图传的电路比较简单一般很少出故障，出故障也就是接触不良或供电不足导致的。模拟图传有一个特点就是接触不良的时候也能用，因为模拟图传不能用的时候的现象是图像一会儿又一会儿没有，没有的时候也是雪花，它不是完全没有，有可能有一点图像，接触不良跟飞机飞出图传的使用范围的现象差不多。细微的差别就是接触不良出现现象是在屏幕中大片条纹，超出范围出现的是大片的雪花。如果碰到这种情况的话，判断接触不良就回来修理线路，如果判断超出范围，要么更换设备，要么不要飞那么远。模拟图传的水分是比较大的，买到的图传未必能到达它宣称的距离，但一般来讲有一个感性的认识就是图传的瓦数及公里数，即1W的图传就能传1公里。数字图传从原理上分有三种，一种是OFDM的图传，就是空间用多个频率不断的发射，接收端从多个频率中同时选多个通道进行接收，每个通道的带宽很低，而且信号也不一定好，但是它有好几十个，有可能上百个通道，这些通道用来传图像就够了，而且可以从中选出比较好的信号来。这就是OFDM的基本原理。凡是现在比较专业的图传，10公里以上，1080P，4K的一律是OFDM的图传。还有一种图传是大疆首创的，很多人都在用，就是WIFI技术，利用无线网络来传图像，再用修改天线设计增加传输距离，也能达到一公里，能够传输高清图像。WIFI的新技术即WIDI，也有人将它改来传高清图像。还有一种很古老的方法就是无线网关的方法，就是利用计算机组网，走TCP/IP协议，再搭配天线进行组网。图像一般是监控规格。这三种图传中OFDM应该是大趋势，但出故障比较少。因为技术不再中国人手里，都是买国外的成品片子，自己做外围电路，所有故障率很小，有故障要么就是匹配的不好，就是图像一直有问题或清晰度不够，要么就是供电不足或接触不良。数字图传有一个特点就是它接触不良的话会出马赛克或梳妆的波纹。数字图传故障都差不多，数字图传都有一个压缩过程，如果出故障，压缩器就会缺数据，所有才有马赛克或条纹，这跟压缩算法有关系。数字图传飞出范围也是这样的，飞出范围以后图像会出现停顿，马赛克或梳妆条纹，接触不良的条纹马赛克是可以恢复的，飞出范围恢复的比较慢，可能会定好长时间都恢复不了。1.6、地面保障设备故障多旋翼的地面保障包括运输装备，比如包装箱，便携的箱子的；还有就是一些工具，比如内六角螺丝刀，钳子等；再有就是维护工具，就一个——充电器；最后一个就是地面站了，地面站和计算机能够连一些无线设备跟飞机进行交互。这几个设备中能够出故障的就是地面站和充电器，运输过程中包装箱也有可能对飞机造成损伤。地面站包括两部分，一个是计算机硬件，另一个是地面站软件。既然有硬件和软件必然涉及到操作系统，那就有死机的情况出现。如果出现死机，那只有赶紧用遥控器把飞机迁回来，因为飞机一旦付出遥控器范围，计算机又死机的话，飞机就有可能会失控飞不回来。如果软件本身死掉的话，可以强行将地面站进程杀掉，重新启动地面站软件，尝试连接，接管飞机控制。一般来讲飞机在远距离执行任务时可以在很长时间保持飞行，所以地面站软件故障不会对飞机造成太大的损伤。如果计算机硬件出现故障，应及时用遥控器将飞机切回来，然后又计算机公司处理计算机故障或更换计算机。充电器最主要的故障就是烧毁，在充电过程中直接烧毁，主要是充电器的设计有问题或充电器元器件的质量不好造成的。再小的充电器的电流一般也在一两安培以上，对于电路设计人员来讲这基本上算强电信号了。强电信号很讲究电容、电感、开关芯片、MOS管的选材。如果这些元器件中的任何一个过载或长时间有损耗，时间长了以后它们的参数会下降，承载能力会降低，这会造成元器件失效；长时间大电流会导致元器件发热，也会导致元器件寿命降低。元器件失效比较理想情况是充电器不工作，充电器不工作不会发送什么危险。比较危险的情况就是击穿，击穿会导致短路，电池会燃烧，一般不会出现这种情况。无人机还应注意储存条件，长时间反复使用的飞机储存还是非常重要的。飞机上有很多东西容易老化。一般来讲无人机上的设备储存上几年都没有问题，但要注意不能暴晒，因为无人机上的塑料件、尼龙件、橡胶件，包括螺旋桨，机架都会老化；不能长期存放在盐雾环境下，电机里面有些东西会被腐蚀。长时间储存的飞机飞向前一定要进行全机检查，最好将全机所有的螺丝更换，因为长时间存储的螺丝肯定会被锈蚀，飞起来后振动可能会导致螺丝断裂造成危险。1.7、人为故障人为故障主要有三种：维修过程中的人为故障，使用过程中的误操作造成的人为故障，储存保养过程中人为故障。维修故障主要是因为维修人员的技术不当或者是流程不当，对维修设备有遗漏，或者操作不当造成损伤，比如最常出现的螺丝滑扣问题，这种问题看起来很简单，但可能会导致整个飞机报废，因为故障电机卸不下来就无法更换，飞机就没办法飞，只能报废。在拆卸电机过程中由于用力不当导致电机里面导线损坏、铜丝损坏，漆包线漏漆，这种事情是经常出现的，维修过程中一些化学药品掉入设备内部造成设备腐蚀，这也是可能出现的。维修焊接过程中，焊接技术不佳导致焊点过大，过小虚焊，短路的情况也是经常出现的。避免维修故障最重要的是建立一个标准的检测流程。因为再小的飞机也很多行业穿插，有机械，电子，软件，硬件，所以它的维修时比较复杂的。另一个就是要双人操作，就是一个人修，另一人个人来检查，毕竟一个人的思维是受限的。维修流程要标准，维修工具要检测，维修人员要培训，维修之后的检查流程也要标准化，这是非常重要的。维修导致的故障是特别常见的，基本就是操作流程不当造成的。比如说维修的设备没有记录，然后坏的设备又被重新装回飞机，这个是很常见的。，因为坏的设备往往看不出来，如果不记录忘掉的话再装回飞机又会导致相同的故障。另外一个就是维修人员安装的时候有可能会出现装配错误。误操作是导致无人机坠毁最最主要的原因，能占到60%~70%。因为无人机的复杂性，它的操作是需要一定逻辑的，操作不当的话有些设备互相之间会有冲突。无人机在天上是一个惯性运动，如果操作不当就会无法避免撞上某些东西造成损伤。在飞机起飞之前，有些多旋翼是需要组装的，比如装螺旋桨，折叠机臂，插接一些接插件，有这些操作就有操作出错的时候，由这些误操作导致的故障太多了。在飞行过程中最主要出现的问题就是错舵，就是打错舵。比如本来应该对油门进行操作，大脑反应到了另外一只手上，变成了俯仰操作。错舵造成的坠机非常常见，也可以通过观测数据记录来判断是不是有错舵。还有就是误碰遥控器上的开关。另外一个容易造成误操作问题就是视觉误差，由于操作人员是以第三方视角操作飞机，对于飞机与周围物体距离判断，对于飞机的速度，加速度的判断是比较困难的，不同的人员的判断能力有差异，这些就有可能导致对周围环境造成误判，导致坠机等事故。还有一些人为故障是由第三方造成的，比如对操作人员进行干扰导致其无法正常操作飞机。储存过程中还有可能会导致故障，比如没有按照要求使飞机长期暴露在空气中保存；电池没有将电压放到存储电压进行保存导致电池损坏；飞机上某些可以拆卸，折叠的机构没有放下，使之长期处于承力状态，长时间存储导致机构失效。

第2章多旋翼无人机故障检测2.1、检测工具概览及其特点叙述串口转换工具最常用的是各种串口转USB，如TTL转USB，RS232转USB，RS485/422转USB。如果设备上有串口就可以使用串口转USB设备来观察设备数据。操作方法就是将串口转USB设备插到电脑的USB接口，安装设备驱动，将另一端口接被测设备的接口，观察串口设备的输出信息接收指令或发送指令看响应是否正确，最常见的就是飞控启动过程中如果硬件有问题，可直接通过飞控的检测串口读出那个设备出故障。最常用的检测工具就是万用表。推荐使用带直流电流测量的小钳表，最好使用自动量程的。因为手动量程的表需要去调节量程，这样测量较慢而且测量时往往不清楚被测的电压电流是多少，无人机的电压浮动较大，自动量程要比手动量程安全；带直流钳表是因为有时需要测量动力电源的电流大小，电流是否稳定等。万用表上还有两个其他测量不常用但对无人机测量非常重要的功能就是占空比检测和频率检测，但带有这两种功能的产品较少。因为无人机上最常见的信号是PWM信号，PWM信号就是以一定周期发送的占空比可调的方波，使用频率检测功能可能判断信号的有无。PWM方波是用来控制电机转速的，是飞控给电调的信号，一般有两种规格50Hz和300～400Hz，使用频率计能够非常直观的判断信号是否发出，进而判断飞控是否有故障。使用占空比功能能够直接查看PWM信号的变化是否正常，比如推油门时观察占空比是否增加，减油门占空比是否减小，这可以非常方便直观的检测飞控的输出是否正常。万用表除了电阻测量，电压测量，导通测量等常规的测量功能外，直流电流测量，频率测量，占空比测量也是无人机常用的测量方法。对于无人机测量示波器是必须的，无人机使用示波器主要测PWM方波，PPM方波只能用示波器才能直观的看到信号，电源的品质也是需要使用示波器来观测，串口以外的接口只有示波器才能测出来，因为只有示波器的带宽才够，能显示出波形；有些示波器带有解码功能，能够直接将SPI、IIC等信号解析出来，这是非常必要的功能，在检测的时候能够直接看出信号是否正常，是否出现故障。示波器还有一个作用就是检测方波，飞控里的单片机发出的是弱信号，需要经过驱动芯片变成强信号，可以用示波器检测驱动芯片是否起作用，是否正常，高压信号的纹波是多少，信号的干扰情况都可以使用示波器检测。还有一个常用的工具就是数字电源，多旋翼的一般不会使用太大的电源，因为电流比较危险，而且大电流电源也比较昂贵，所以多旋翼一般使用小电流电源测试起始电源就可以了。数字电源可以调节电压和电流，最大的好处是可以限制电压和电流，比如将电流限定在某一值比方说10A以内，然后调电压，不管电压调到多高，一旦电流达到10A，再调电压就不会再升高，在测试时比较安全，不会造成器件烧毁，不会造成事故。信号发生器不是很常用，因为像串口信息，SPI，IIC，PPM，S-BUS这些信号信号发生器模拟起来很费劲，对无人机信号发生器唯一能发出的有用信号就是PWM，用PWM信号测试电调，舵机，看它们的响应是否正常。2.2、动力电源系统的检测动力电源指的是飞机上的强电，动力电源从电池开始到分电板，分到电调再到电机结束。强电检测就三项：电压检测，电流检测，电机三相电的方波检测。电压电流的检测分为两种，一种是静态检测，一种是动态检测。静态电压检测就是电池本身的电压，分电板给每路分的电压。多旋翼的动力电（电池组）的检测有两种，一种是总电压，一种是单片电压。检测单片电压是因为现在的聚合物锂电的工艺问题导致生产出来的电池使用差异的，所以单片的电池是有可能出现故障的，所以单片电池的检测是有必要的。与常用的检测手法是一样使用万用表检测电压就可以了。还用一种比较好的工具就是“BB响”，将“BB响”插到电池的平衡头上，它会自动不断显示单个电池电压和总电压。电源管理系统前后的电压就直接在分电板或电源模块的输入端和输出端用电压表直接测量。一般多旋翼的分电板是不隔离的，所以在分电板的任意的地都可以接电压表的负表笔，用电压表的正表笔去测量分电板各处的电压，输入的电压是否与电池的电压相同，不一样就要查看电池与分电板是否接触不良，之间是不是接入了其他设备；输出到各个电调的电压是否与电池的总电压是否相等，各个电调的电压是否相等。给设备往外供的电压，在电源管理模块的输出端，一般给飞控的供电电压是5.5V或5.3V，图传和摄像头一般是12V。飞机上一般就三种电压：电池电压，给飞控及周边供电的电压5.3～5.5V，给摄像头和图传的供电电压12V。这三种电压如果比较稳定，机本在可接受的范围内就是正常的。动态电压的测量比较麻烦，为了安全起见一般很少进行测量。如果一定要测量的话，需要使用一些手段。比如3DR的飞控提供一个电源模块，能够在飞行过程中不断的把电压数据传下来。使用电源模块是一个比较好的测量方法，，将模块接到系统里然后飞机起飞，在地面站里监测电压。但这个模块有一个校准过程，就是要静态的时候显示的电压与万用表的电压需要修改系数进行校准，这样测出的动态电压才准确。动态电压的另外一种测量方法还是使用“BB响”，然后再飞机悬停时使用望远镜或使用摄像机拉镜头的方法远程观测，看“BB响”上显示的电压，这只是一种可行的办法。如果一定要用万用表检测动态电压最好还是使用台架的方法，就是把动力系统和电池全部固定在台架上，或者把飞机固定在台架上，然后把要测量的电压点用导线引出来，在外面与飞机保持一定的距离进行测量电流的测量就是使用直流钳表。静态的测量总电流就是将钳表钳在红黑的某一根线上，测每一路的电流就是将钳表钳在电调输入端的红黑的某一根线上。动态测量也是使用台架，将飞机固定好，钳表钳在相应的位置，推油门测量电流。3DR的电源模块也能测量电流，但它的测量方法不是很科学，只能说能用。它的测量方法比较危险，就是在主供电电路中串联一个0.005欧姆的电阻，然后通过运放将电阻两边的压降进行放大，然后传回CPU，CPU进行采集然后把这个电流值传回地面站，这种做法有个缺点就是在电路的主供电电路上传一个电阻，当飞机的功率比较大的时候，尤其是电流达到20A，30A以上的时候，容易发热造成电阻的焊锡熔掉使整个电路断电，造成事故。所以不推荐使用此方法。对与动力电其实还有一个可以测量的东西但是一般很少用，因为动力电一般情况下还是比较稳定的，由于动力电的电压较高所有其电压波动一般不会影响设备运作。测量动力电的波动是要用到示波器的，而且一般是测量动态的也比较危险。把飞机固定到台架上，将主线路用导线导线引出来，然后示波器表笔接上正负极，调好衰减倍数，然后解锁让电动机转，可以看到动态的电源品质，电调的供电时不断变化的，肯定会对前端的电源品质造成干扰，这种干扰是可以示波器测量出来的。2.3、设备电源系统的检测当某个设备工作发现异常的时候，我们习惯上首先检查这个设备的供电有没有问题，也是分静态和动态两种。静态的方法就是测量整个线路连接是否有故障，电源管理设备是否出现故障。一般对于设备来说只测量电压，不测量电流，这是因为设备的电流一般都很小，测量的意义不大。电压的测量方法就是在设备端找到供电端正负极，然后用万用表直接测量两端的供电电压，不管设备开或关，接没接，测量的电压都是有意义的。当没有接设备的时候测量的电压能看出来电压比较正常，说明飞机的电源管理系统工作正常；如果这个时候的电压就不正常说明电源管理系统本身就有故障。接上设备以后测量的电压正常的话，就说明这个设备里面至少没有出现短路现象；要是电压不正常说明设备本身质量有问题，设备里有短路，需要更换设备。因为一个设备短路有可能拉底整个电源模块的电压，导致其他设备个供电出现问题。这是一个排故的一个手段，接设备与不接设备分别测量设备的供电电压，可以排除到底是电源模块问题还是设备本身短路等问题。还有一种就是动态测量，动态测量就是要测给设备供电的电源的品质，也就是纹波的大小，这个需要用到示波器接到设备供电的两端，当设备通电后，观察电压变化的波形。在台架状态下，把线引出后用同样的方法去测设备电压的，观察总电机的运作，总电压变化的干扰对设备的影响。如果电压的波动较小，比如说5.3V的电压只有几十毫伏的波动，这对设备基本没有影响；如果电压波动达到1～2V，那么电源的品质就太差了。因为飞控上接了很多设备，比如GPS，超声波，光流等，这些设备都是从飞控取电的，所以飞控本身接入的电源品质对于传感器的工作是很重要的，飞控对这些设备还有监控，能够记录这些设备的电压，设备的电压能够从飞行数据中读出。通过读飞行数据监测电源电压是一种非常安全有比较贴近实际的方法2.4、外围传感器故障检测传感器故障测试一般有三种方法。最简单也是比较常用的方法就是直接使用飞控的自检端口，它会在上电时对每个传感器进行检测，检测结果会以串口的方式发出，通过读串口信息判断硬件传感器是否有故障。有一些传感器本身工作是正常的，但它内部的微机械系统工作不正常，但是有数据出来，就是传感器是数字模块（内部的小单片机）正常，微机械模块不正常。这种故障的检测方法就是将飞控连接地面站，直接实时观察地面站上的传感器数据，各个传感器的值在MissionPlanner的状态的选项卡下都有。不仅要看静态的数据，还要将飞控晃一晃，转一转看它的数据是不是特别大，如果出现不正常的数据就是数值特别大的就是传感器有故障。第三种方法比较不太好操作，就是使用直接示波器通过解码的方式去看传感器的输出数据是否正常，这种方法是在非常了解传感器以及传感器的通信协议才会这么做，，在飞控上一般使用IIC，SPI总线进行通信，所以可以使用相应的解码模块监测传感器的数据，像SPI是有时钟信号的，时钟信号应该是正常的频率不变的方波，可监测输入输出的数据与传感器的手册是否对应，就可以判断其是否出现故障。传感器故障测试一般是在出现了飞控校准无法通过时做，因为无法校准往往是由于两套传感器的数值差异太大，有可能就是一个坏掉了，这个时候应该测一下。另外一个是在天上飞行时飞机出现了许多莫名其妙的姿态变化，或者是失控的情况，就是操作遥控器有反应，但是飞机总是出现不受控制的姿态，这时就要检查传感器的状态。控制有反应说明在控制这一块是正常的，但总有不正常的姿态出现说明对自身的姿态测量出现了问题，这大部分都是传感器故障，所以在这时测试。2.5、飞控及动力设备连接故障检测飞控与动力设备的连接信号在航模中应用的非常广泛，它的测试代表了一大类的经常使用的测试，而且在很多时候都会用到。这个测试可以有很多种方法，用不同的仪器来检测。飞控与电调连接，飞控与舵机连接，遥控模型上接收机直接与电调和舵机连接，都是使用的PWM信号，数字化的PWM主要依靠检测方波的高电平与低电平的时间来判断控制时间是多长，如舵机到什么位置，油门到百分之几。常用的PWM方波分为两种，一种频率是50Hz的，一种频率是300～400Hz的。最简单的检测方法就是用舵机进行测试，舵机成为了检测工具。使用舵机进行检测一定要用微舵，因为微舵的功率很小，不需要外加供电系统。将舵机正常的三根针接到通道上然后通过操作改变通道的PWM方波，改变通道值的大小，看舵机是否有相应的动作，如果动作是正确并且稳定的，那这个PWM信号就没问题。如果舵机不动，说明信号不正确；如果舵机抖动，，说明PWM信号受到了干扰。第二种方法就是使用带有频率检测和占空比检测的万用表，把负极与地线连接，正极与信号线连接，万用表档位打到频率档，如果有正常的PWM，就可以从万用表上读出频率，PWM的频率一般是50Hz或300～400Hz。使用万用表可以很直观的看出是否有信号。使用占空比测量档位检测PWM的脉宽变化是否正常，脉宽的变化一般是百分之几到百分之二十几的变化。操作摇杆改变方波，占空比在百分之几到百分之二十几的变化，且变化是线性的，说明PWM信号没有问题。第三种方法是使用示波器检测。将示波器的探头接通地线和信号线，可以在示波器上看到波形，因为航模的PWM方波比较简单，频率也比较低，所以使用示波器的“AUTO”就可以快速的捕捉到波形。PWM方波的频率、脉宽、上升沿、下降沿等信息可以很直观的在示波器上显示出来。通过操作摇杆改变通道的值，可以在示波器上看到波形很均匀的随摇杆的变化而变化。而且在方波的高电平与低电平（即1和0）水平的线上还可以看到信号被干扰的情况，即纹波的地线。一般使用的PWM的方波的判断高低电平的阈值为1V，所以纹波的大小只要在正负1V