Betaflight: Настройка PID с помощью логов BlackBox

В этой статье мы поговорим о базовых понятиях настройки PID с помощью логов BlackBox.

Изучение записей BlackBox делает настройку PID проще и точнее, чем настройка по поведению в полете. По графикам можно легко определить источник вибраций и точнее подкрутить коэффициенты PID, чтобы еще ближе подойти к идеальному полета вашего дрона.

Что записывать в BlackBox.

Для того, чтобы иметь полноценную информацию в логах, во время полета проделайте следующее в acro режиме:

  1. Прямолинейный полет с газом 80-100%;
  2. «Покачайте» дрон по Roll (влево и вправо) несколько раз на 40-50 градусов;
  3. Несколько флипов по Roll на 360 градусов;
  4. «Покачайте» дрон по Pitch (вперед и назад) несколько раз на 40-50 градусов;
  5. Несколько флипов по Pitch на 360 градусов;
  6. «Покачайте» дрон по Yaw (влево и вправо) несколько раз на 40-50 градусов;
  7. Несколько оборотов по Yaw на 360 градусов.

Шаги по анализу данных BlackBox.

Общая проверка работоспособности.

Прежде чем перейти к настройке PID, необходимо сначала проверить работу двигателей. Нужно убедиться, что коптер летает нормально, иначе данные BlackBox мало чем помогут.

Необходимо посмотреть на данные, полученные при тестах с зависанием. Моторы при этом должны вращаться примерно с одной скоростью. Если это не так, причины обычно следующие:

  • Центр тяжести не в середине дрона;
  • Пропеллеры или двигатели находятся в плохом состоянии.

Если, к примеру, задние задние моторы вращаются быстрее, чем передние 2 , то задняя часть вашего коптера может быть тяжелее передней, возможно причиной является слишком сильное смещение аккумулятора назад.

blackbox-motors-cog-not-balance

Если только один из ваших моторов вращается быстрее, чем остальные, то это указывает на потенциально плохой пропеллер, двигатель, или даже регулятор.

Если все 4 мотора вращаются с одинаковой скоростью при зависании, то ваш дрон находится в хорошем состоянии, и имеет хороший баланс. Скорость вращения всех 4 моторов не должна быть абсолютно одинаковой, лишь бы не было сильных различий.

blackbox-motors-cog-balance

 Диагностика настройки PID.

Оптимальные настройки PID регулятора позволят достигнуть следующего:

  • Гладкие показания гироскопа, имеющие минимум шумов и осцилляций;
  • Плавные сигналы управления моторами, следовательно моторы будут работать тише, и, вместе с регуляторами, будут меньше нагреваться. Также коптер будет меньше потреблять тока, что увеличит время полета;
  • Коптер будет лучше отзываться на сигналы управления и будет меньше вибрировать.

По минимуму необходимо использовать следующие настройки выводов графиков:

  • График 1: rcCommand, gyro
  • График 2: PID_P, PID_I, PID_D, PID_sum

Следует просматривать эти графики по Roll, Pitch, а затем Yaw отдельно.

График 1 показывает как меняется сигнал управления от аппаратуры (rcCommand), и как коптер реагирует на этот сигнал (gyro). Также видно, как PID (второй график) влияет на гироскоп.

Следующий график — PID, куда важнее.  Вот как, предположительно, должны выглядеть графики составляющих PID, и как они реагируют на увеличение/уменьшение PID коэффициентов:

  • P — В идеале P-составляющая не должна создавать слишком много шума в гироскопе. График PID_P может иметь некоторую рябь, и это нормально, но в разумной степени. Если P слишком велика, вы увидите увеличение шума и попадание его в показания гироскопа, пульсации также будут увеличиваться (более медленные колебания);
  • D — В идеале D-составляющая должна следовать за P, но немного его опережая. D-составляющая должна иметь амплитуду, аналогичную  P-составляющей. Однако D обычно намного более шумная, чем P, поэтому нормально добиваться D-составляющей чуть ниже, чем P, или уменьшать шумы с помощью фильтров (dterm_cut_hz);
  • I — Чтобы было проще, можно просто игнорировать эту составляющую и настраивать ее в поле. Обычно, значение I следует держать низким, пока коптер не дрейфует или не качается при спуске. Однако также  следует смотреть, не клюет ли коптер носом при резком взлете, эта проблема также в частности решается увеличением I. Однако, чем ниже I тем более отзывчивым и подвижным остается коптер в полете, особенно это актуально для агрессивных полетов.

Настройка PID по записям BlackBox. Примеры.

Roll/Pitch – P

Очевидно, что коэффициент P слишком высок в этом примере.

Когда изменяется сигнал управления, P составляющая начинает колебаться, и эти колебания попадают в показания гироскопа, как видно на рисунке (обведено желтым).

blackbox-p-too-high

После уменьшения P картинка намного лучше. Нет колебаний в графике P и показаниях с гироскопа.

blackbox-p-tuned

Roll/Pitch – D

В общем D вполне эффективно настраивается при полете, если нет вибраций или они на приемлемом для вас уровне после резких поворотов или флипов, увеличивать D не стоит.

Для понимания анализа D по логам, вот пример низкого D.

При таких настройках дрон с высокой вероятностью после резкого поворота будет колебаться.

blackbox-d-too-low

После того, как мы увеличили D видно, что амплитуда D составляющей регулятора стала ближе к P. Однако на графиках появилось больше шумов. Поэтому всегда нужно искать баланс, между четкостью отработок маневров и появлению шумов, за счет уменьшения/увеличения D. В конкретном примере коптер вел себя нормально, следует еще раз выйти и полетать, и в случае наличия колебаний после резких поворотов/флипов, можно еще добавить D.

blackbox-d-tuned

Еще хорошим примером служат графики с настройки Roll/Pitch – P. При записи второго также был увеличен коэффициент D.

Yaw P

В общем, как у Pitch и Roll, увеличение Yaw P даст вам лучший контроль и отзывчивость, но может привести к перерегулированию и возникновению колебаний после резких маневров или при прямом полете на газе близком к 100%. Если у вас есть дрейф по Yaw, тогда увеличьте I, но все же старайтесь держать его на низком уровне.

На графиках Yaw P может иметь небольшие колебания, но это совершенно нормально, и на полете может никак не отражаться. Все дело в том, что на квадрокоптерах Yaw не так сильно влияет на полет, как Pitch или Roll.

Интересный факт: при тех же настройках меньшая рама, пропеллеры, или более высокий Kv моторов показывают более чистые графики Yaw.

Например вот график от 250 мм дрона с моторами 1960KV с 6045 пропами.

blackbox-yaw-pid-tuning

А вот пример 220мм рамы, 2300 моторов, и 5045 пропов.

blackbox-yaw-pid-tuning-smaller-frame

Оба квадрика летают замечательно, колебания по Yaw — это не конец света. Например, чтобы уменьшить вибрации по Yaw  на 250 дроне, можно уменьшить Yaw P, но тогда дрон перестанет иметь хорошую отзывчивость по Yaw.

Заключение

Мы рассмотрели некоторые базовые инструменты настройки PID с помощью логов Blackbox. На самом деле, при более глубоком понимании процессов, можно настраивать дрон по логам куда точнее. Больше экспериментируйте и учитесь, понимание во многом придет с опытом.

Оригинальная статья: https://oscarliang.com/pid-tuning-blackbox-basics/

Добавить комментарий