PID derinimas — wobble-test protokolas (nemokamų įrankių leidimas)

Sistemingas PID derinimo protokolas, pagrįstas Joshua Bardwell / Brian White wobble-test metodologija — perrašytas taip, kad veiktų vien su nemokamais įrankiais: Betaflight Blackbox Explorer, Betaflight Configurator ir Rylo. Jokio PID Toolbox, jokio MATLAB, jokių mokamų prenumeratų (nes, atvirai, aš tiesiog tingiu mokėti už tai, ką galima padaryti nemokamai).

Tai praktinis lauko protokolas. Jei nori matematikos, slypinčios už kiekvieno termino, žiūrėk Betaflight Tuning Math. Jei jau turi .bbl failą ir nori grynos step response analizės, žiūrėk BBL-Based PID Tuning Protocol.

Kaip veikia šis protokolas

Pagrindinė įžvalga iš Brian White tyrimų: PD balance ir master multiplier yra vieninteliai du reguliatoriai, kurie ženkliai veikia step response vėlinimą ir formą. Visa kita (I, FF, d_max) derinama ant tvirto PD pagrindo.

Wobble testas duoda tau kontroliuojamą, kartotinę įvestį: greitą pilno atlenkimo stick'o judesį angle mode su ribota eiga ir tiesiniais rate'ais. Tai sukuria švarų step užsakytame sukimosi rate — idealu step response formos analizei be MATLAB.

flowchart TD
    A([Phase 0<br/>Mechanical prep]) --> B
    B([Phase 1<br/>Betaflight setup]) --> C
    C([Phase 2<br/>Baseline hover log<br/>+ spectral analysis]) --> D
    D([Phase 3<br/>RPM filter setup]) --> E
    E([Phase 4<br/>PID pre-configuration<br/>zero FF · zero d_max · low I]) --> F
    F([Phase 5<br/>PD balance sweep<br/>0.6 → 1.4]) --> G
    G([Phase 6<br/>Pitch / roll balance]) --> H
    H([Phase 7<br/>Master multiplier sweep<br/>FRESH BATTERY]) --> I
    I([Phase 8<br/>I term]) --> J
    J([Phase 9<br/>Feedforward]) --> K
    K([Phase 10<br/>D-max ← optional]) --> L
    L([Phase 11<br/>Verification flight])

    style A fill:#1a2a3a,stroke:#4a7aaa
    style H fill:#2a1a1a,stroke:#aa4a4a

0 fazė — Mechaninis pasiruošimas

Daryk tai prieš kiekvieną derinimo sesiją. Mechaninės problemos atrodo kaip derinimo problemos.

• Švieži propelleriai — neįskilę, nesulankstyti, įstatyti ir priveržti
• Visi variklių varžtai priveržti (M2 × 5 nerūdijantis, 4 vienam varikliui)
• FC tvirtai standoff'uose — guminės tarpinės nesuspaustos plokščiai, ne dingusios
• Kondensatorius prilituotas prie baterijos pad'ų (1000–2200 µF, 25 V ar daugiau 4S+)
• Jokių laisvų jungčių ar laidų, galinčių vibruoti prie rėmo
• Petys ir rėmo tvirtinimai priveržti

2" Ripper pastaba: tikrink propellerių priveržimo momentą kiekvieną sesiją. Press-fit propelleriai ant whoop'ų ir 2" build'ų atsilaisvina greičiau nei T-mount propelleriai. Laisvas propelleris — didelis vibracijos šaltinis, kurio joks filtro nustatymas iki galo neišvalys. Keisk bet kokius propellerius su matomais galiukų įskilimais — net 0,5 mm įskilimas sukuria spektrinį spike.

1 fazė — Betaflight nustatymas

Vienkartinis nustatymas. Įsitikink, kad tai teisinga prieš bet kokią logginimo sesiją.

Dvikryptis DSHOT

Reikalingas RPM filtrui. Patikrink Betaflight Configurator → Configuration skirtukas:

1# CLI verification:
2get motor_pwm_protocol   # should return DSHOT300 or DSHOT600
3get dshot_bidir          # should return ON

Jei dvikryptis DSHOT išjungtas, RPM filtras neturi duomenų ir grįžta prie fiksuoto notch filtravimo.

Blackbox konfigūracija

1# In Betaflight CLI:
2set blackbox_device = SPIFLASH       # or SDCARD if fitted
3set blackbox_sample_rate = 1/1       # full rate — needed for spectral analysis
4set blackbox_mode = NORMAL           # always logging when armed
5
6# Debug mode — critical for spectral view in Blackbox Explorer:
7set debug_mode = FFT_FREQ            # logs detected noise-peak frequencies for the spectral view
8
9save

2" Ripper pastaba: nustatyk blackbox_sample_rate = 1/1 (4 kHz) be kompromisų. Variklių fundamentai 2" build'e, sukant 30 000+ RPM, yra ties 250–500 Hz. 2 kHz log rate tai užfiksuoja, bet palieka ploną atsargą. Ties 4 kHz švariai užfiksuoji dvi harmonikas. Patikrink Betaflight CPU apkrovą (Configurator pradinis ekranas) — jei ji viršija 50% nustačius 4 kHz logginimą, arba pereik prie greitesnio F7 FC, arba susitaikyk su 1/2 rate.

RC linijos preset'as

Įkelk preset'ą, atitinkantį tavo radijo protokolą: Configurator → Presets → ieškok savo linijos (ELRS 250 Hz, ELRS 500 Hz, Crossfire ir t. t.). Tai nustato tinkamus filtrų cutoff'us ir feedforward glotninimą tavo paketų rate. Nederink be įjungto teisingo linijos preset'o.

Prieš kiekvieną sesiją: ištrink flash

1# After connecting, before arming:
2blackbox erase
3# Wait for the green light / CLI confirmation, then disconnect

2 fazė — Spektrinis baseline

Tikslas: identifikuoti variklių triukšmo dažnius ir patikrinti triukšmo lygį prieš liečiant PID'us.

Kabėjimo log'o procedūra

1. Arm ir pakilk į 3–4 m AGL (virš ground effect — bent vienas propellerio skersmuo)
2. Laikyk stabilų kabėjimą 30–40 sekundžių — jokių stick'o įvesčių, pastovus gazas
3. Švariai disarm
4. Parsisiųsk ir atidaryk log'ą Betaflight Blackbox Explorer'yje

Spektrinė analizė Blackbox Explorer'yje

1. Atidaryk log'ą, spausk Spectrum Analyser (arba Frequency naujesnėse versijose)
2. Nustatyk axis išskleidžiamąjį meniu ties blogiausia ašimi (paprastai Roll)
3. Įjunk debug kreivę, jei yra — ji rodo pre-filter gyro signalą
4. Priartink dažnio ašį iki 0–1000 Hz

Ko ieškoti:

Triukšmo lygio tikslai:

Paklausk Rylo: padaryk Blackbox Explorer spektrinio vaizdo ekrano nuotrauką ir pasidalink ja čia. Rylo identifikuos variklių fundamentalų dažnį, pažymės bet kokius anomalius pikus ir rekomenduos RPM filtro minimalų dažnį 3 fazei.

2" Ripper pastaba: variklių fundamentai 2" build'e tipiškai yra 250–500 Hz ties viduriniu gazu — gerokai aukščiau nei 5" (100–200 Hz). RPM filtro min dažnio numatytoji reikšmė 100 Hz gali reikėti pakelti iki 150 Hz ar daugiau. Bendras triukšmo lygis dažnai irgi aukštesnis; švarus 2" build gali vis tiek sėdėti ties −30 dB, o ne −40 dB kaip 5".

3 fazė — RPM filtro nustatymas

Nustatyk RPM filtro minimalų dažnį pagal 2 fazę.

 1# In CLI:
 2set rpm_filter_min_hz = <lowest_motor_Hz - 25>
 3
 4# Example: if motor fundamental starts at 125 Hz:
 5set rpm_filter_min_hz = 100
 6
 7# Harmonics — default 3 is correct for most builds:
 8set rpm_filter_harmonics = 3
 9
10save

Low-pass filtro sprendimas

Nustatęs RPM filtrą, pakabink iš naujo ir vėl patikrink spektrinį vaizdą:

flowchart TD
    A{Noise floor above<br/>500 Hz band?} -->|Below −40 dB| B[Consider disabling gyro LP1<br/>set gyro_lpf1_type = NONE]
    A -->|−30 to −40 dB| C[Keep LP1 at default PT1<br/>leave cutoff unchanged]
    A -->|Above −30 dB| D[Keep LP1, lower LP2 cutoff<br/>100–120 Hz from 150 Hz default]
    D --> E[Re-log hover and re-check<br/>before continuing]

Nemažink filtrų agresyviai, kad kompensuotum mechaninį triukšmą. Daugiau filtravimo = daugiau fazės vėlinimo = efektyviai mažesni PID'ai + daugiau vėlinimo. Pirma sutvarkyk mechaninį šaltinį.

4 fazė — PID pre-konfigūracija

Prieš wobble testą sukonfigūruok Betaflight slankiklius (Configurator → PID Tuning → Simplified Tuning) ir rates profilį taip, kad izoliuotum P ir D nuo visko kito.

Slankiklių pradinis taškas

Jei tai šviežias build, pradėk visus slankiklius nuo 1.0 (numatytosios). Jei build jau skraido, pirma išsaugok savo dabartinę diff all atsarginę kopiją:

1diff all
2# Copy to file: build-name_2026-07-XX_pre-tune.txt

Tada:

I terminas

Nustatyk I į minimalią reikšmę — tiek, kad dronas nedreifuotų:

1# In CLI (BF 4.4+ slider maps to these raw values approximately):
2set iterm_relax = RP              # axes: roll + pitch (use RPY to include yaw)
3set iterm_relax_type = SETPOINT   # SETPOINT or GYRO
4set iterm_relax_cutoff = 15       # for 5"; see size table below
5save

Pastumk PID Tuning slankiklių I dalį iki maždaug 0,3–0,4. Tai neleidžia I windup teršti step response analizės. Galutinę I termino reikšmę nustatysi 8 fazėje.

iterm_relax_cutoff pagal build dydį:

Wobble test rates profilis

Betaflight Configurator → Rates sukurk specialų derinimo rates profilį (arba užsirašyk dabartines reikšmes, kad atkurtum vėliau):

Tai suteikia vidutinę, lengvai valdomą eigą, kuri gamina švarias step įvestis nereikalaujant tikslių acro įgūdžių.

5 fazė — PD balance sweep

Tikslas: rasti PD damping slankiklio nustatymą, kur step response forma yra švariausia.

Wobble test manevras

Kiekvienam PD damping slankiklio nustatymui:

1. Arm, pakabink iki ~3 m
2. Atlik 8–10 greitų, pilno atlenkimo kairė-dešinė roll įvesčių — snap į pilną kairę, snap atgal, snap į pilną dešinę, snap atgal. Kiekviena kryptis laikoma ~0,5 s.
3. Pakartok su pitch pirmyn-atgal įvestimis
4. Nusileisk, disarm

Tai generuoja švarias step įvestis, kurias tavo bbl-analizatorius gali apdoroti. Skrisk Angle mode, jei tavo skraidymo įgūdžiai riboti — angle limit apsaugo nuo apvirtimo, tuo pačiu vis tiek generuodamas pilno rate užsakytus step'us.

Sweep nustatymai

Pakeisk slankiklį, save, ištrink flash ir skrisk kiekvieną bandymą su atskira baterija (arba ta pačia baterija paeiliui — užsirašyk, kuris segmentas yra kuris). Tu ieškai taško, kur step response pereina iš overshoot į švarią.

Trink flash tarp bandymų! Jei netrinsi, visi bandymai bus tame pačiame log faile ir tau reikės identifikuoti segmentus pagal laiko žymą.

Step response forma — ko ieškoti

Tikslas: step response, kuris kyla švariai, turi ≤5% overshoot ir nusistovi ties 1,0 be ringing. Grafike aukščiau PD 1.2 yra idealus. Tavo drono idealus taškas gali būti ties 1.0 ar 1.4, priklausomai nuo rėmo standumo, propellerio dydžio ir variklių inercijos.

Analizė su Rylo

Po kiekvieno PD bandymo pasidalink .bbl log segmentu su Rylo ir paprašyk step response analizės:

"Rylo, analyse this BBL log — PD balance slider at 1.2, wobble test roll axis. Show me the step response shape and the 50% rise time."

bbl-analyzer skill'as apskaičiuos step response per dekonvoliuciją ir grąžins kreivės formą bei vėlinimo metriką. Palygink 50% rise time per visus penkis bandymus, kad rastum optimumą.

2" Ripper pastaba: pradėk sweep nuo PD 0.8, o ne 0.6. 2" build'ai su aukšto KV varikliais ir lengvais propelleriais tipiškai jau yra ties kritiniu slopinimu ar arti jo su Betaflight numatytosiomis. PD 0.6 bandymas tikriausiai duos labai lengvą overshoot (ne tą dramatišką wobble, kokį matytum ant 5"). Tavo saldusis taškas tikriausiai bus ties 0.9–1.1. Nenustebk, jei net 1.0 atrodys gerai — eik į 7 fazę ir naudok master multiplier diferencijavimui.

6 fazė — Pitch / roll balansas

Radęs geriausią PD damping reikšmę, palygink 50% rise time pitch prieš roll.

Gerai subalansuotas dronas turi pitch vėlinimą 5 ms ribose nuo roll vėlinimo. Ženklus skirtumas (>10 ms) tipiškai reiškia, kad pitch ašis turi skirtingą inerciją ar variklių atsaką.

flowchart TD
    A{Pitch latency vs Roll} -->|Within 5 ms| B[Accept — proceed to Phase 7]
    A -->|Pitch slower by 5–15 ms| C[Boost Pitch Tracking slider<br/>+0.1 increments until matched]
    A -->|Pitch slower by >15 ms| D[Boost both Pitch Tracking<br/>and Pitch Damping +0.1 each<br/>Re-run wobble test]
    A -->|Pitch much faster than roll| E[Check motor directions<br/>and frame geometry<br/>— unusual]
    C & D --> F[Re-fly wobble test<br/>on pitch axis only]
    F --> A

Kai kurie rėmai niekada iki galo nesutaps (priekyje sunkus kinematografinis build, long-range cruiser'is su pastumtu CG) — nesivaikyk tobulo sutapimo perteklinio PD ant pitch kaina.

7 fazė — Master multiplier sweep

Reikalauja šviežios baterijos. Nedaryk to su paketu, praėjusiu 2–6 fazes.

Master multiplier proporcingai skaliuoja visus PID gain'us. Daugiau gain'o = mažesnis vėlinimas iki to taško, kur variklių triukšmas pradeda kilti arba tune tampa termiškai nestabilus.

Pradinis taškas pagal build dydį

Sweep procedūra

Tarp kiekvieno bandymo: pakabink 2 minutes, nusileisk, iškart patikrink variklių temperatūras. Priimtina: vėsu iki šilto prisilietimo (< 50°C). Nustok kelti, jei bet kuris variklis karštas (> 60°C). Beje, tas bėgiojimas pirmyn-atgal prie drono po kiekvieno bandymo — nemokamas kardio, įskaičiuotas į protokolą :)

Taip pat patikrink po kiekvieno bandymo Blackbox Explorer'yje: D-term triukšmas wobble testo metu turi likti žemiau −10 dB spektriniame vaizde. Jei D-term triukšmas artėja prie −10 dB agresyvių įvesčių metu, tu esi ties termine riba ar arti jos, nepriklausomai nuo variklių temperatūros.

Step response pagerėjimas su master multiplier

Kada nustoti kelti MM:

flowchart TD
    A[Run new MM value] --> B{Motor temperature<br/>after 2 min hover?}
    B -->|< 50°C cool| C{Step response<br/>latency still dropping?}
    B -->|50–60°C warm| D[This is the limit<br/>back off 0.1 and lock here]
    B -->|> 60°C hot| E[Too high — back off 0.2<br/>and check D-term slider]
    C -->|Yes, >2 ms improvement| F[Advance MM by +0.2<br/>next run]
    C -->|<2 ms improvement| G[Diminishing returns<br/>this is your MM]
    D & G --> H[Lock Master Multiplier<br/>proceed to Phase 8]

2" Ripper pastaba: MM gain'as tipiškai išsilygina daug anksčiau ant 2". Variklių kaitimas lengvame build'e labiau matomas (maži varikliai su mažesne termine mase). Nustok, kai tik varikliai sušyla, net jei step response rodo dar erdvės pagerėti — 2" varikliai perkaista greitai esant pertekliniam D triukšmui.

8 fazė — I terminas

I terminas turi platų priimtiną diapazoną — daug platesnį nei P ir D. Jį sunku smarkiai supainioti. Tikslas — pakankamai I, kad nebūtų steady-state dreifo, bet be lėto roll/pitch wobble esant pastoviam gazui.

Numatytoji slankiklio reikšmė 1.0 yra geras pradinis taškas daugumai build'ų.

Greitas testas

Pridėk I atgal (nustatyk slankiklį į 1.0, po to kai jis buvo ~0,3 sweep metu) ir skrisk 1 minutės ratą su pastoviu gazu. Ieškok:

• Žemo I simptomai (slankiklis per žemas): dronas lėtai nuklysta nuo kurso ar aukščio po greitos įvesties; step response analizė rodo kreivę, nusistovinčią žemiau 1,0
• Aukšto I simptomai (slankiklis per aukštas): lėta oscilacija esant pastoviam greičiui, jaučiasi šiek tiek „wobbly“ kruizuojant; ant sunkių build'ų gali atsirasti overshoot, kuris nebuvo matomas esant mažam gazui

5" freestyle: 1.0–1.2 tipiška. 7"+ / sunkiems: 0.6–0.8. 2" ripper: 1.0 beveik visada tinka.

1# If needed, adjust raw I term values via CLI:
2set p_pitch = <auto from slider>
3set i_pitch = <auto from slider>
4set d_pitch = <auto from slider>
5# Better: use the slider and let Betaflight compute all terms

9 fazė — Feedforward

Feedforward prideda komandą, proporcingą stick'o greičiui (kaip greitai judini stick'ą, ne kaip toli). Jis sumažina pradinį vėlinimą, kol dronas pradeda reaguoti į įvestį — todėl jis jaučiasi aštresnis ir tiesesnis.

Vaizdinis efektas step response

Kiekvienas +0.5 ant Stick Response (FF) slankiklio yra maždaug 6 ms vėlinimo sumažinimas ties 50% rise tašku.

Derinimo procedūra

1. Atkurk Stick Response slankiklį iš 0 į 0.5 — skrisk ir jausk
2. Jei dronas jaučiasi labiau atsakingas be karštų variklių → kelk iki 1.0
3. Nustok, jei: varikliai sušyla, step response rodo overshoot >10% arba P terminas artėja prie nulio

1# Check P term with high FF:
2# In CLI after adjusting slider:
3get p_pitch
4get p_roll
5# If P goes negative — FF is too high. Back off the FF slider.

Įspėjimas — aukšti ELRS paketų rate'ai (500 Hz, 1000 Hz): esant labai aukštiems paketų rate'ams, setpoint signalas toks glotnus, kad FF gali sukurti netikėtas step response formas analizės įrankyje. Perjunk Blackbox Explorer į raw data view (o ne dekonvoliuotą step response) ir tikrink, ar P netampa neigiamas, kaip griežtą ribą.

2" Ripper pastaba: ant 2" build'ų FF 0.5 dažnai pakanka ir jaučiasi labai tiesiai. Pilnas 1.0 gali padaryti droną nervingą ir įtemptą — ypač ankštose vietose. Lengvesnis rėmas turi mažesnę sukamąją inerciją, todėl kiekviena komanda ir taip greičiau virsta sukimusi. Derink FF pagal pojūtį, ne pagal specifikaciją.

10 fazė — D-Max (pasirinktinai)

Praleisk šią fazę, jei varikliai veikia vėsūs. D-max reikia tik tada, kai:

• D reikėjo nustatyti labai aukštą, kad numalšintum wobble testą
• Varikliai veikia šilti prie kruizinio gazo (ne tik peak įvesčių metu)

D-max nustato viršutinę ribą D — D terminas skaliuojasi nuo d_min kabant iki d_max greitų įvesčių metu, leidžiantis tau naudoti mažesnį kruizinį D (vėsesni varikliai), tuo pačiu turint aukštą D wobble atmetimui.

1# Only adjust if motors are hot at cruise:
2# Lower the PD damping slider by 0.1–0.2 from your final value
3# Set d_max slider to the original D level
4# The quad now runs less D at hover (cooler) but gets the full D on fast moves

Jei jo nereikia — nenaudok. Papildomi nustatymai — papildomas sudėtingumas.

11 fazė — Patikros skrydis

Užbaigus visas fazes:

1. Atkurk savo normalų skraidymo rates profilį
2. Skrisk standartinį testinį ratą: kabėjimas, punch-out, dive ir atsigavimas, lėta roll seka
3. Iškart po to patikrink: variklių temperatūras ant visų keturių variklių (turi būti panašios; bet kuris vienas ženkliai karštesnis variklis = mechaninė problema ant tos peties)
4. Užloginink skrydį ir paprašyk Rylo patvirtinti, kad step response forma vis dar švari su galutiniu tune

Išsaugok galutinę konfigūraciją:

1# In CLI:
2diff all
3# Save output to: build-name_2026-07-XX_final-tune.txt

Greita nuoroda — dydžiui specifiniai pradiniai taškai

Reikalingi įrankiai

Jokio PID Toolbox. Jokio MATLAB. Jokios Patreon prenumeratos nereikia.

Susiję snippet'ai

• BBL-Based PID Tuning Protocol — PIDtoolbox-native versija su Wiener dekonvoliucijos detalėmis
• Betaflight Tuning Math — P/I/D/FF formulės, iterm_relax matematika, RPM filtro matematika
• FPV Terminology — greita nuoroda visoms šio protokolo santrumpoms
• Propwash — kodėl D terminas svarbus dive atsigavimui

Related Snippets

• BBL paremtas PID derinimo protokolas
  Struktūrizuotas, blackbox paremtas PID derinimo protokolas, pagrįstas step …
• Betaflight derinimo matematika — ką iš tikrųjų daro kiekvienas terminas
  Kas vyksta Betaflight viduje, kai pastumi slankiklį. Čia pateiktos formulės …
• Betaflight Rate režimai — formulės, palyginimas ir konvertavimas
  Betaflight palaiko keturias rate režimų formules. Visos daro tą patį darbą — …
• Betaflight Rates paaiškinti
  Rates nusako, kaip greitai dronas sukasi reaguodamas į stick'ų judesį. Didesni …
• Blackbox logginimo nustatymas ir lauko gidas
  Blackbox įrašo kiekvieną jutiklio rodmenį, RC įvestį, PID išvestį ir variklio …
• Cinematic tune iš Betaflight preset'ų
  Betaflight ateina su Presets biblioteka, kurioje yra paruošti cinematic tune'ai. …
• Derinimo skrydžio protokolas — kaip sukurti naudingą blackbox log'ą
  Norint gauti gerus PID analizės rezultatus, reikia konkrečios skrydžio sekos. …
• PID pagrindai — P, I, D ir feedforward
  PID kontroleris — tai pati skrydžio kontrolerio veikimo esmė. Suprasti, ką daro …
• Rate preset'ai — 733 / 633 / 533 Betaflight'e ir Actual'e
  533, 633, 733 — tai bendruomenės trumpiniai trims populiariems freestyle rate …
• Rate profilio parinkimas ir Persistent Stats
  Rate profilių perjungimas vidury sesijos per siųstuvo jungiklį ir asmeninių …
• Rates Deep Dive — Expo kreivė, zonos ir throttle
  Rates — tai ne tik „kaip greitai sukasi“ nustatymas. Jie nusako, kurioje stick'o …