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Raceflight

Was ist dran am Raceflight Hype? FPVracing.ch Teampilot und offizieller Raceflight Tester Kay Stutz alias "ArkoN" erklärt in diesem Bericht die Vorteile des Raceflight Revolt und wirft dabei ebenfalls kurz einen Blick in die Geschichte der Flight Controller Software.

Author: Kay Stutz alias "ArkoN"

Vorwort

Zur Zeit ist ein Hype Richtung Raceflight festzustellen. Was hat es damit eigentlich auf sich, fragen sich bestimmt viele. Was sind die Vorteile, weshalb soll es besser sein?

In diesem Artikel probiere ich die Balance zu finden, zwischen sehr detailreicher technischer Erklärung und einfachem Verständnis für den weniger im Detail technisch bewanderten FPV Piloten.
Ich werde im Verlaufe dieses Artikels also mit Absicht einige Dinge stark vereinfacht erklären. Und der Artikel wurde mehrfach von mir gekürzt, damit man mit möglichst wenigen Worten das Essenzielle erklären kann.

Über den Autor - "ArkoN", Teampilot bei FPVracing.ch und offizieller Raceflight Beta Tester (Klicken um zu öffnen)

Kurz zu meinem Hintergrund in Bezug zu den einzelnen Flightsoftwares. Ich habe 2015 FPV Racing mit Baseflight angefangen, bin dann nach wenigen Tagen auf Cleanflight umgestiegen. Ich hatte von Anfang an einige Ideen für Cleanflight und habe deswegen auch am 11. August 2015 ein Feature Request gestellt - für eine Funktion, welche nun fast 1,5 Jahre später endlich in Raceflight implementiert wurde. Nach Cleanflight begann ich bald, die ersten Betaflight Versionen von BorisB zu testen, Joshua Bardwell hat dabei Blackbox logs von mir analysiert.
Ich habe BorisB bereits drei mal persönlich getroffen. Er ist nicht nur ein sehr guter Coder sowie Pilot, sondern auch menschlich sehr in Ordnung ;-) Meine persönlichen Verbindungen zu Raceflight sind auf einige intensive Gespräche und Bewegungen mit Preston Garrison in Hawaii zurückzuführen. Inzwischen bin ich Teil von "Team Raceflight". Ich wollte die ganze Saison 2016 mal Raceflight ausprobieren, aufgrund der sehr vielen Rennen an denen ich teilnahm, konnte ich leider nie die Zeit finden, mich dort einzuarbeiten.

Wie funktioniert ein PID Controller in unserem Quadkopter?

Darüber könnte man nun mehrere Seiten schreiben, ich vereinfache es aber stark. Ein PID-Controller in einem Quadkopter ist ein Spiel zwischen Zukunft, Vergangenheit und der Gegenwart. Dies in einem geschlossenen Kreislauf. 
Wenn man Berechnungen zwischen Vergangenheit, Gegenwart sowie Zukunft durchführt, ist die Geschwindigkeit dieser Berechnung enorm wichtig. 
Um so schneller man die Daten von den Sensoren erhält, desto schneller und akkurater können die Werte berechnet werden. Und um so weniger Filter man vor den Sensoren schalten muss, um "noise" aus dem System zu bekommen, desto weniger Verzögerung hat man. Filter sorgen intern für Verzögerungen. Langsame ESC Protokolle sowie langsame Gyros sorgen für Verzögerungen. Das ist sehr wichtig zu wissen.

Looptimes

Ebenfalls essenziell im Verständnis: die "Looptime" ist die oben erwähnte Geschwindigkeit. Dabei werden die Werte oft folgendermassen angegeben: 

Looptime 1000µs = 1khz
Looptime 500µs = 2khz
Looptime 250µs = 4khz
Looptime 125µs = 8khz

Grundsätzlich spricht man hauptsächlich von zwei Looptimes - die "Gyro Looptime" und die "PID Looptime". Die Wertangabe von z.B. 8khz/8khz beschreibt dabei eine 8khz Gyro und eine 8khz PID Looptime. Die Gyro Looptime kann höher sein als die PID Looptime. Um so höher die Looptime des Gyro z.B. eingestellt ist, um so empfindlicher reagiert er auf äussere Einwirkungen wie Vibrationen etc.
Um das ganze zu verstehen, muss ich im nächsten Punkt kurz auf die Geschichte der Flugcontroller Software eingehen.

History about Betaflight & Raceflight

Ende 2015 - Anfang 2016

Mit Betaflight waren erstmals Looptimes von 1000 (1khz) auf F1 Prozessoren möglich, später sogar Looptimes von 500 (2khz) auf F1 Prozessoren. Zudem arbeitete BorisB parallel an vielen anderen Dingen in Betaflight. An einem Punkt ist man jedoch an Grenzen beim weiterem Optimieren der Looptimes gestossen. Die Ursache dafür war die Diversifizierung der verschiedenen Flightcontrollern und ihren verwendeten Komponenten. Kaum welche konnten das damals vorherrschende Maximum von 8khz Gyro und 8khz PID Looptimes unter Betaflight betreiben (dafür ist ein F3 Prozessor auf dem Flugcontroller sowie ein "guter" Gyro notwendig). 
Insgesamt entstand der Eindruck das man nicht mehr viel Zeit investiert, um dort noch mehr rauszuholen. Die Codebase ist auch ziemlich gross, deshalb war/ist es wohl auch nicht ganz einfach. Eine interessante Anmerkung: BorisB flog z.B. an der FPV Air Show France (April 2016) mit 4khz Gyro und 2khz PID Looptimes und war damit zufrieden. Auch die neu erschienene KissFC war nie darauf ausgelegt mit schnellen Looptimes zu arbeiten.

Persönliche Anmerkung

Als ich zum ersten mal mit einer Looptimes von 2khz unterwegs war dachte ich "wow". Ich fühle den Kopter viel besser an den Sticks. Als ich auch noch feststellte, dass man bei solchen schnellen Looptimes weniger PID Tuning betreiben muss war eigentlich klar, dass ich hier das Maximum herausholen möchte. Ich habe schon früh die beste Flugcontroller Hardware evaluiert, mit welcher ich eine 8kHz Gyro und 8kHz PID Looptime fahren konnte (F3 Board von MotoMoto mit MPU6500 Gyro). Ich bin damit 2016 alle meine Kopter auf Betaflight quasi ungetunt geflogen.

BorisB & Felix (Felix ist der Entwickler des KissFC) sahen zu diesem Zeitpunkt die Zukunft grundsätzlich nicht in der weiteren Optimierung der Looptimes. Und dann kam RS2K ->

Raceflight & RS2K

RS2K ist der Hauptentwickler von Raceflight und zeichnet sich ebenfalls für das schnelle ESC Protokoll Multishot verantwortlich, welches bis vor Kurzem das schnellste ESC Protokoll überhaupt war - zehnmal schneller als das dazumal schnellste Oneshot125 (das noch experimentelle DShot1200 ist nochmals minimal schneller als Multishot). RS2K hat in Folge der Entwicklung von Multishot die FC Software Betaflight verwendet (Betaflight basiert auf Baseflight & Cleanflight) und einen weiteren Ableger davon erstellt, nämlich Raceflight, mit dem einfachen Ziel, schnelle Looptimes umzusetzen. Deshalb hat er Multishot und danach Raceflight entwickelt!

Raceflight stand Heute! (März 2017)


"Who cares about software makes their own hardware."

Zitat: Alan Kay

Um einen schnellen PID Loop realisieren zu können wird neben der entsprechenden Software auch die entsprechende Hardware benötigt. Und da geht Raceflight inzwischen unter der neuen Leitung von Preston einen neuen Weg - der Weg, welchen auch Apple oder Felix mit seiner KissFC und Kiss ESC schon immer verfolgt hat.
Raceflight hat mit seinem neuen Revolt Flugcontroller in Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Herstellern wie z.B. InvenSense den optimalen Gyro für ihren Einsatzzweck ausgewählt. Der Flugcontroller ist bestückt mit einen F4 Prozessor, viele Details wurden bis ins Letzte durchdacht und getestet. Der Verzicht auf einen Stepdown war eine aktive Entscheidung, welche nach vielen Tests getroffen wurde. Ein Gyro, welcher auf 32khz läuft, ist sehr empfindlich auf starke Ströme sowie Vibrationen, deshalb musste man auch bei der Version 2 den speziellen Gummimount einsetzen. Man ist bei der V1 ursprünglich davon ausgegangen, mit dem Gyro in der Mitte und ohne Softmount das Problem lösen zu können.

Mit der aktuellen Software Raceflight One ist die Konfiguration eines Quadkopters so einfach wie noch nie zuvor. Es wurden Wizards für alle grundlegenden Funktionen eingerichtet, sei es die automatische Erkennung des Empfängers, der Endpunkte oder die Ausrichtung des Flugcontrollers. Im nachfolgendem Video ist die komplette Einrichtung eines Quadkopters zu sehen. Das Video geht davon aus, dass man einen Revolt V2 verwendet, an dem man noch nie irgendetwas geflasht oder eingerichtet hat, welcher also noch nie mit dem Computer verbunden wurde, und bei welchem die Komponenten wie ESCs, Motoren und Empfänger natürlich bereits gemäss dem Schema angeschlossen wurden. Die 7 Minuten sind ungekürzt, davon entfallen etwa 2-3 Minuten auf reines Warten, der Rest ist die Einrichtung.

-> ZUM VIDEO <-

Aber weshalb nun Raceflight?

Ganz einfach, weil die reale Flugperformance auf dem Quadkopter einfach sehr sehr gut ist. Und das bestätigen viele Leute, welche Raceflight ausprobiert haben. Viele sind komplett umgestiegen oder steigen noch komplett um. Mit dem neuen RF-1 Konfigurator ist so einfach wie noch nie, einen Quadcopter einzurichten, aus diesem Grund ist Raceflight auch Anfängern zu empfehlen.

Relevante Produkte

Allgemeiner Hinweis: bei der Wahl des ESCs sollte unbedingt ein Multishot kompatibler ESC verwendet werden!