Твой первый квадрокоптер: теория и практика

где F_STAB — усилие, направленное на возврат коптера в положение стабилизации; Sens — данные об угловых ускорениях и кренах, поступающие с сенсоров. Обратите внимание, что D стоит в формуле с отрицательным знаком, это понадобится далее.

Компонент Proportional определяет степень пропорциональности отклика системы на воздействие. Функция отклика линейная. Чем больше значение Р, тем сильнее система противодействует внешнему влиянию, возвращая коптер в исходное положение. Чрезмерная реакция может привести к тому, что коптер проскочит положение равновесия (перерегулирование). Потребуется возвращать коптер в обратном направлении. Таким образом, могут возникнуть затухающие колебания (осцилляции), а в крайних случаях и незатухающая неуправляемая раскачка. Поэтому параметр Р должен быть подобран так, чтобы не возникали осцилляции.

Для более точного и адекватного регулирования желательно, чтобы отклик системы формировался по более сложному закону, чем линейная зависимость. Например, компенсация кратковременного воздействия мимолетного завихрения воздуха не требует такого же мощного отклика, как при воздействии постоянного сильного потока ветра. Вблизи точки равновесия желательно уменьшить реакцию, чтобы не проскочить искомое положение. Поэтому одним лишь параметром Р не обойтись.

Integral — период времени, в течение, которого накапливаются и усредняются данные об отклонении от равновесной точки. Позволяет устранять дрейф, возникающий за счет небольших отклонений от равновесной точки. Дрейф возникает за счет ошибок в неидеальной системе обратной связи, и реальная система никогда не попадает точно "в ноль". Интегральный компонент позволяет накопить ошибку за заданный интервал времени и полученную суммарную величину применить для окончательного выравнивания. При меньшем значении I коптер быстрее заканчивает цикл выравнивания, но с меньшей точностью попадает в ноль и больше подвержен дрейфу. При большем значении коптер выравнивается дольше, но точнее и меньше подвержен дрейфу.

Differential — зависимость скорости возврата в исходное положение от степени отклонения. Совершенно логичный алгоритм действия: чем сильнее коптер отклонился, тем больше скорость, с которой он начинает возвращаться, а по мере компенсации отклонения скорость возврата снижается.

Внимание!

Параметр D в конфигураторе задан положительным числом, но в формуле используется со знаком "минус". Это часто порождает путаницу и вынуэдает делать оговорки. Оперируя понятиями "меньше" и "больше", мы будем иметь в виду значения, задаваемые в конфигураторе.

Увеличение D приводит к увеличению скорости возврата, усиливает влияние Р и может привести к появлению осцилляции. Уменьшение D снижает склонность к осцилляции и влияние Р и уменьшает скорость возврата.

Как видите, изменение компонентов I и D изменяет значимость компонента Р для процесса стабилизации. Поэтому настройка PID — это многоэтапный процесс, в котором приходится начинать с настройки Р, затем настройки I и D а затем возвращаться к более точной подстройке Р и так, возможно, несколько раз. Прошивка содержит некие более-менее универсальные значения PID, которые позволят вам совершить достаточно стабильные первые полеты, но в дальнейшем вы обязательно захотите настроить PID под свой коптер и свои предпочтения.

Базовая настройка параметра Р

Для настройки рекомендуется использовать подключение к коптеру по Bluetooth, т. к. придется неоднократно обращаться к настройкам через программу конфигуратора. Иначе придется каждый раз отключать/подключать силовую батарею и провод USB.

Установите в конфигураторе значения РID по умолчанию. Соблюдая осторожность, крепко возьмите коптер в руку, поднимите над головой и увеличьте газ до состояния свободного висения. Попробуйте наклонить коптер в любую сторону. Он будет сопротивляться и стремиться вернуться обратно. Быстро отклоните коптер и позвольте ему вернуться в горизонталь. Постепенно увеличивайте значение Р для осей Pitch и Roll до тех пор, пока не почувствуете, что появились затухающие осцилляции (коптер слегка проскакивает равновесие, совершая колебание). Прибавку значения с каждым шагом уменьшайте. После достижения осцилляции уменьшите значение Р на 15–20 %. Повторите эту же процедуру для оси Yaw. На этом базовую настройку Р можно считать законченной. Дальнейшую настройку вы будете выполнять в поле, меняя параметры I и D и проверяя результат в полете.

Настройка I и D для плавного стабильного полета