PID pagrindai — P, I, D ir feedforward

calendar Jul 13, 2026 · 4 min read · fpv betaflight pid tuning p-term i-term d-term feedforward  ·
Share on: linkedin copy

PID kontroleris — tai pati skrydžio kontrolerio veikimo esmė. Suprasti, ką daro kiekvienas terminas ir kaip atrodo, kai jį sugadini, yra būtina sąlyga bet kokiam prasmingam derinimui. Beje, „sugadini“ čia nėra teorinė sąvoka — aš kiekvieną iš šitų simptomų atpažinau ne iš vadovėlio, o iš savo paties dronų.

Valdymo kilpa

flowchart LR
    P([Pilot stick<br/>setpoint]) --> E{Error<br/>calculation}
    G([Gyro<br/>actual rate]) --> E
    E --> PT[P term]
    E --> IT[I term]
    E --> DT[D term]
    FF([Stick input<br/>direct]) --> FFT[Feedforward]
    PT --> S[Σ Sum]
    IT --> S
    DT --> S
    FFT --> S
    S --> M([Motor<br/>command])
    M --> Q([Quad])
    Q --> G

Kontroleris mato error (setpoint − faktinė reikšmė), tada reaguoja keturiais indėliais, kurie susumuojami į variklio komandą.

Ką daro kiekvienas terminas

P — Proportional

Reaguoja į dabartinį error. Didesnis error → didesnė korekcija.

  • Per mažas: dronas jaučiasi minkštas ir neatsakingas, prastai seka stick'us, klaidžioja darant greitus krypties pokyčius.
  • Per didelis: oscilacijos darant aštrius manevrus ir keičiant gazą. Aukšto tono zyzimas varikliuose. Propwash pablogėja.

I — Integral

Kaupia error laike. Koreguoja nuolatinį nuokrypį (vėjas, variklių disbalansas, netolygus propelleris).

  • Per mažas: dronas lėtai dreifuoja į vieną pusę be stick'o įvesties; negali išlaikyti aukščio ar kurso vėjyje.
  • Per didelis: atšokimas po staigaus sustojimo; lėta, „vata“ dvelkianti oscilacija, kuri nurimsta per kelias sekundes (I-term windup).

D — Derivative

Reaguoja į tai, kaip greitai keičiasi error (pokyčio greitis). Slopina P-term atsaką ir apsaugo nuo overshoot.

  • Per mažas: propwash, atšokimas paleidus stick'ą, oscilacija po flip'ų.
  • Per didelis: aukšto dažnio oscilacijos (varikliai kaista), dronas zyzia/vibruoja tam tikrose gazo pozicijose, D-term triukšmą sustiprina filtravimas.

Feedforward (FF)

Ne klasikinės PID kilpos dalis — jis skaito stick'o judėjimą tiesiogiai ir stumia variklius prieš susikaupiant error. Sumažina įgimtą vėlinimą grįžtamojo ryšio kontroleryje.

  • Per mažas: sekimo vėlinimas; dronas jaučiasi šiek tiek atsiliekantis nuo stick'ų; „vata“ darant greitus krypties pokyčius.
  • Per didelis: overshoot į stick'o įvestis; aštru, bet nervinga. Sustiprina RC linijos jitter'į.

Vaizdinė iliustracija: step response koncepcija

Tai rodo, kas nutinka, kai staigiai duodi pilno atlenkimo roll komandą. Skirtingos kreivės atspindi PID derinimo kokybę:

{ "type": "line", "data": { "labels": ["0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","10","11","12","13","14","15"], "datasets": [ { "label": "Setpoint (target rate)", "data": [0,0,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100], "borderColor": "rgba(156,163,175,1)", "borderDash": [6,3], "borderWidth": 2, "pointRadius": 0, "fill": false, "tension": 0 }, { "label": "Well tuned", "data": [0,0,90,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100], "borderColor": "rgba(34,197,94,1)", "borderWidth": 2.5, "pointRadius": 0, "fill": false, "tension": 0.2 }, { "label": "P too high (oscillation)", "data": [0,0,120,85,110,95,105,98,102,99,101,100,100,100,100,100], "borderColor": "rgba(249,115,22,1)", "borderWidth": 2.5, "pointRadius": 0, "fill": false, "tension": 0.2 }, { "label": "P too low / D too high (sluggish)", "data": [0,0,50,70,82,89,94,97,98,99,100,100,100,100,100,100], "borderColor": "rgba(239,68,68,1)", "borderWidth": 2.5, "pointRadius": 0, "fill": false, "tension": 0.3 }, { "label": "I too high (bounce-back)", "data": [0,0,95,102,104,103,101,100,99,99,100,100,100,100,100,100], "borderColor": "rgba(168,85,247,1)", "borderWidth": 2, "borderDash": [3,2], "pointRadius": 0, "fill": false, "tension": 0.25 } ] }, "options": { "responsive": true, "interaction": { "mode": "index", "intersect": false }, "plugins": { "title": { "display": true, "text": "Step Response — How PID tuning affects stick tracking" }, "legend": { "position": "bottom" } }, "scales": { "x": { "title": { "display": true, "text": "Time (ms)" } }, "y": { "beginAtZero": true, "title": { "display": true, "text": "Roll rate (% of setpoint)" } } } } }

Derinimo eiliškumas

Visada derink šia tvarka — ankstesni terminai veikia vėlesnių elgseną:

flowchart TD
    A[1. Set safe starting PIDs<br/>from a preset] --> B[2. Tune P<br/>Raise until oscillation, back off 20%]
    B --> C[3. Tune D<br/>Raise until propwash disappears or motors get hot]
    C --> D[4. Tune I<br/>Low by default; raise if drifting in wind]
    D --> E[5. Tune FF<br/>Raise until tracking feels instant without overshoot]
    E --> F[6. Verify with blackbox<br/>Check step response and motor traces]

Niekada nepradėk derinimo nuo I ar FF. P ir D pirmiausia turi būti stabilūs, kitaip I windup ir FF overshoot supainios kiekvieną matavimą.

Betaflight numatytieji PID diapazonai (5" freestyle, BF 4.4)

TerminasNumatytojiTipiškas diapazonasDerinimo kryptis
Roll P4735–65Aukštyn → aštriau, žemyn → minkščiau
Roll D3525–55Aukštyn → slopina propwash, žemyn → mažiau variklių kaitimo
Roll I8560–110Paprastai palik ramybėje, nebent dreifuoja vėjyje
Roll FF12080–160Aukštyn → momentinis sekimas, žemyn → mažiau overshoot
Pitch ≈ Roll—±10% nuo rollPitch paprastai 5–10% didesnis P/D nei roll
Yaw P4530–60Mažesnis nei roll; yaw yra lėtesnė ašis

TPA (Throttle PID Attenuation)

Esant dideliam gazui, RPM aukštas, varikliai reaguoja greičiau, ir tie patys PID gain'ai tampa efektyviai „agresyvesni“. TPA automatiškai sumažina P (ir pasirinktinai D) virš tam tikro gazo slenksčio.

1set tpa_rate = 65        # reduce P/D by 65% at full throttle
2set tpa_breakpoint = 1500  # start reducing at 50% throttle (1500 µs)
3set tpa_mode = PD        # apply to P and D
4save

Be TPA: dronas gali oscilliuoti esant dideliam gazui, bet jaustis minkštas kabant vietoje. Su tinkamai nustatytu TPA: nuoseklus pojūtis per visą gazo diapazoną — ir, tiesą sakant, būtent TPA man kadaise „išgydė“ tą punch-out zyzimą, kurį pusę dienos gaudžiau kaltindamas viską, tik ne gazą.

Related Snippets