드론 초보를 위한 기자재 해설(2) – FC
초보분들을 위한 기자재 공부입니다.
사실 뒤져보면 다 나오는 것들인데, 문제는 초보분들은 “뭘 뒤져야할지?” 자체를 모른다는 것이지요.
그리고 “유튜브 동영상 보면 이렇게 저렇게 하는데 나는 안된다”, “유튜브 동영상이 보는 것 마다 다르다” 이렇게들 말씀하시는데 유튜브 동영상이 참 좋은 교재이고 저도 애용합니다만, 결정적인 문제가 대부분의 동영상이 하는 방법만 보여주지 왜 그렇게 하는지는 설명이 없다는 것이지요. 따라서 원리를 알고있는 사람들이 보면 쉬운데 원리 자체를 모르는 분들이 보시면 “나는 그대로 따라하는데 왜 안되지”라는 말이 나오는 것입니다.
달아도 되고 안 달아도 되는 옵션을 제외하고 만들고 띄워서 조종을 하기 위해 반드시 필요한 기자재는,
2. FC(Flight Controller)
3. 변속기(ESC – Electronic Speed Controller)
이렇게 네가지입니다. 이 네가지에 대해서 초보분들이 기초 지식으로 아셔야 할 내용 중심으로 살펴보겠습니다.
두번째로 FC에 대해서 알아 보겠습니다.
2. FC
FC는 콥터의 두뇌입니다. 또한 FC는 까칠한 놈입니다. FC의 역할은 크게 나누어 보면 두가지입니다. 하나는 조종자의 명령을 받아서 수행하는 것, 또 다른 하나는 외부의 영향력에 반응하여 기체를 스스로 조절하는 것 이렇게 두가지입니다. 자~ 이렇게 설명을 드리고 나니 의문점이 생깁니다. 기체 조종의 통제권은 도대체 누가 가지고 있는 것일까요? 조종자? FC?
정답은 둘 다 맞습니다. 조종자의 의도가 개입하면 FC는 조종자의 의도대로 변속기에게 명령을 내려서 의도대로 되게끔 해 줍니다. 그런데 조종자의 의도가 없어도 FC는 스스로 변속기에게 명령을 내립니다. 예를들어 바람은 순전히 외부 요인입니다. 갑자기 왼쪽에서 바람이 불어오면 기체는 오른쪽으로 흘러갑니다. 이것을 조종자가 외부의 바람까지 고려해서 계속해서 왼쪽으로 수정타를 칠 수는 없는 노릇입니다. 게다가 바람의 방향이나 강도는 수시때때로 바뀝니다. 따라서 이 경우 조종자가 개입하지 않으면 FC는 스스로 변속기에게 명령을 내려서 자세를 잡게 합니다.
이렇게 스스로 가지고 있는 기체 통제권 때문에 FC는 까칠한 놈입니다. 결국 조종자는 시시각각 변하는 외부의 변화에 대해서FC에게 조종을 위임하는 셈이되는데, 사람의 일에도 위임이라는 것이 그렇듯이 그 한도와 범위가 있습니다. 따라서 FC에게도 위임의 정도를 조종자가 정해주어야 하는데 그것이 바로 감도 세팅입니다. 감도는 한마디로 “외부의 변화에 FC가 어디까지 개입할 것인가”를 정해주는 것입니다. 감도를 높이면 FC가 신경질적인 반응을 보입니다. 즉 살랑거리는 바람만 불어도 즉시 개입을 시도합니다. 감도를 낮추면 FC가 둔감해집니다. 왠만한 외부 변화에는 아예 대응을 않는 것이지요.
FC가 민감하게 세팅되었을 경우 나타나는 상황을 설명드리겠습니다.
FC가 민감하게 세팅되면 수평을 유지하려는 정도가 극히 민감해져서 수평에서 조금만 기울어도 즉시 변속기에게 전류량을 조절할 것을 명령합니다. 왼쪽으로 조금만 기울어도 오른쪽으로 자세를 잡으라는 명령을 변속기에게 내립니다. 변속기는 묻지도 따지지도 않습니다. 그저 명령을 충실히 수행 할 뿐입니다. 그렇게 해서 오른쪽으로 자세를 잡는 순간 이번에는 FC가 오른쪽으로 기울었음을 감지합니다. 그러면 다시 변속기에게 왼쪽으로 자세를 잡으라는 명령을 내립니다. 다시 변속기는 묻지도 따지지도 않고 명령을 수행합니다. 그러면 또 다시 오른쪽, 왼쪽, 오른쪽….. 이렇게 반복하지요. 기체가 미친듯이 춤을 춥니다. FC는 지가 민감한 것은 모르고 변속기에게 멍청하다고 타박하면서 계속 명령을 내립니다. 변속기는 FC가 미쳐가거나 말거나 내려오는 명령을 그저 충실히 묵묵히 수행합니다. 자동제어 하시는 분들이 쓰는 용어로는 오버슛(Over shoot)입니다. 민감도가 지나쳐 목표값보다 더 많이 제어를 하게 되고 그것이 또 반대 방향의 제어를 유발하는 상황이 되는 것이지요. 참고로 짐벌 세팅 할 때도 동일 증상입니다.
반면 외부의 변화가 전혀없더라도(바람 한 점 없는 날에) 기체가 미친듯이 흔들린다면 높게 세팅된 감도에 기체에 진동이 있는 경우입니다. 기체에 진동이 있으면 FC의 심기를 건드리게 되고 마침 FC가 민감하게 설정되어 있다면 위에 적어놓은 과정이 발생합니다. 따라서 FC의 감도는 기체의 건강성을 보여주기도 합니다. 만약 기체부터 기자재까지 완전히 동일한 기체에 똑 같은 감도인데도 어떤 기체는 미친듯이 춤추고 어떤 기체는 고요하다면 미친듯이 춤을 추는 기체는 진동이 있다는 증거입니다.
FC가 둔감하게 세팅되었을 경우는 기체는 미치지 않는 대신 조종자가 미칩니다. 돵최 FC가 있는건지 없는건지 자세를 잡을 생각을 안 합니다. 살랑거리는 바람으로 인한 기체의 움직임은 무시하고 쌩까는 것이지요. 제법 큰 바람이 불어야 겨우 “어? 기울었네” 하면서 자세를 잡으라는 명령을 변속기에게 내립니다.
따라서 FC의 세팅의 꽃은 감도 설정입니다. 감도가 잘 맞으면 기체가 손가락에 착착 감깁니다. 스틱에 정확하게 반응하면서도, 신경질 적이지 않고, 원하는대로의 조종이 가능해집니다. 또한 조종기에서 감도 설정이 가능하도록 세팅 할 수도 있습니다. 예를들어 평소에는 바람이 잔잔한 곳에서 비행을 하기에 오버슛을 하지 않는 선에서 최고로 민감해게 세팅된 기체라 별 문제가 없는데 같은 기체를 제주도에 들고가서 쓸려니 강한 바람에 기체가 미친듯이 춤을 춘다면 현장에서 감도를 낮추어야겠지요. 대신 어느 정도의 기체 흔들림은 손가락으로 수정타를 치고 안정된 영상은 짐벌에 맡기는 수 밖에 없겠지요. 이래서 손가락의 연습이 중요하지요^^
보통 매뉴얼에 보면 FC는 기체의 중심에 설치 할 것을 권고하고 있습니다. 그 이유가 바로 기체의 기울어짐을 가장 오차없이 잘 파악 할 수 있는 장소가 기체의 중심이기 때문입니다.
요즘은 좋은 FC들이 너무 많지요. NAZA, 우공, A2 같은 DJI의 제품들, 거기다가 타롯이 ZYX-M으로 출사표를 던졌고, KK, CC3D, NAZE32, Flip+, APM, Pixhawk, P2 등등등…… 이름을 다 거론하기 어려울 정도입니다. 그런데 사실 따지고 보면 FC 기술은 소프트웨어 기술입니다. 알고리즘의 싸움이지요. 하드웨어는 아주 비싼 놈들을 제외하면(때로는 비싼 놈들까지 포함해서) 거기서 거기입니다. FC를 구성하는 부품들이 거의 센서류들입니다. 압력센서, 자이로, 가속도계, 지자계 등등등…… 그리고 센서류에는 또 그 바닥의 강자들이 있습니다. 그 강자들이 대부분의 FC제조회사에 부품들을 공급하지요. 결국은 센서들을 조합하여 제품을 만드는 것 까지는 거의 동일하고, 문제는 각 센서로부터 검출되어지는 값들을 어떻게 해석하고 반영할 것인가하는 소프트웨어가 각 FC의 성능을 판가름하는 기준이라고 봐야겠지요. 예를들면 어떤 값을 중요하게 여기고 어떤 값은 무시할 것인가? 그 값을 최종적으로 명령으로 구성해서 내 보내기 위한 미분 적분 방정식은 어떻게 수립 할 것인가 등이 각각 회사들이 가지고 있는 노하우가 되겠습니다. (보통 이런 제어를 PID제어라고 하는데 I가 적분(Integral)이고 D가 미분(Differential)입니다)
FC 설명에서 뭔가 빠진것 같은데…… 생각이 안 나네요 ㅠㅠ 생각나면 보충하겠습니다.
자 다음은 변속기(ESC)로 가겠습니다.