Introduzione

Per molti piloti la regolazione dei PID è sempre stata un lato misterioso di questo hobby. Col tempo gli sviluppatori di Betaflight hanno cercato di rendere il PID Tuning più semplice e intuitivo. Sicuramente l’aggiunta degli slider ha aiutato a questo scopo ma ancora non tutti sono in grado di arrivare ad un tuning accettabile.

Esistono vari metodi per arrivare ad avere dei buoni valori di PID tramite questi slider. Tra tutti, probabilmente, quello utilizzato e consigliato da Chris Ross è uno dei più semplici, capace di portare ad ottimi risultati anche chi ha poca esperienza. Nei prossimi paragrafi verrà riportato questo metodo.

Cos’è il PID Tuning?

Quando un drone viene pilotato lo si vuole il più reattivo possibile. Ma cosa vuol dire che un drone è reattivo ai comandi? Un drone è tanto più reattivo quanto minore è il tempo di risposta del quad stesso (latenza) nel cambiamento di posizione (gyro) ad un determinato input degli stick sul radiocomando (setpoint). Lo scopo del PID Tuning è quello di raggiungere il giusto feeling di risposta da parte del drone che deve rispondere il più brevemente ed accuratamente possibile ai comandi impartiti dal radiocomando.

É importante non eccedere con i valori di pid. Questo infatti porterebbe a conseguenze più o meno gravi che spaziano dal semplice surriscaldamento dei motori al rischio di incorrere in flyaway o nel bruciare qualche particolare. 

Requisiti

Per poter procedere con il tuning secondo questa guida bisogna possedere i seguenti requisiti:

• Un quadricottero capace di volare
• Betaflight 4.3 o 4.4
• Possibilità di registrare i dati della Blackbox
• D-shot bidirezionale
• Radiocomando settato correttamente
• OSD Betaflight (consigliato ma non fondamentale)

Procedura

Regolazione Filtri (angle o acro mode)

ATTENZIONE: questo capitolo descrive la situazione di una build pulita, senza troppi problemi o vibrazioni. Prima di procedere assicurati di essere ben informato sull’argomento. Modificare i filtri senza cognizione di causa può provocare problemi alla build. Se non sei sicuro di quello che fai salta questa parte della guida.

1. Registrazione Blackbox

Si inizia con la regolazione dei filtri. In questa fase è possibile utilizzare sia la modalità ACRO che la modalità ANGLE. Una volta che il drone è decollato bisognerà operare sul throttle. Si dovranno effettuare dei punch out, ovvero delle sgasate in verticale, per poi abbassare il gas a zero lasciando che il drone “precipiti” verso il basso. Non è necessario che queste escursioni dello stick del throttle siano lente e lunghe, basterà portare il drone a full throttle per 1 o 2 secondi al massimo per poi riportare il gas al minimo e ripetere la manovra per 10/20 secondi.

È importante che lo stick del throttle venga utilizzato interamente, da 0% a 100%. 

2. Preparazione all’analisi della Blackbox

Una volta registrati i file della Blackbox questi devono essere analizzati.

Collegare il drone al configuratore Betaflight e nella tab blackbox (1), attivare la “modalità periferica archiviazione di massa” (2). Si aprirà una nuova finestra da cui sarà possibile copiare i file in una cartella a piacimento. Una volta copiati i file si consiglia di svuotare la memoria Blackbox. Sempre nella tab Blackbox premere il pulsante Cancella Flash (3).

Per analizzare i file della blackbox si consiglia l’utilizzo del programma Betaflight Blackbox Explorer, scaricabile al seguente link.

Quello che interessa andare a controllare è il grafico raffigurante le vibrazioni percepite dal giroscopio. Per farlo, dopo aver selezionato Gyro Scaled del roll (1), bisogna cliccare il terzo pulsante da sinistra nella sezione Overlay (2) e nel menù a tendina in alto a sinistra del grafico scegliere Frequency vs Throttle (3). È importante eliminare dal grafico le vibrazioni che si presentano nelle fasi di decollo e di atterraggio. Con un click del mouse posizionare il cursore del grafico in basso (4) oltre i primi picchi che segnalano i primi movimenti del drone.

Una volta posizionato il cursore si dovrà premere “i” sulla tastiera. Questo escluderà dall’analisi la parte del file che precede il cursore eliminando in così la fase di decollo. Si procede in modo analogo per eliminare la fase di atterraggio. Si porterà dunque il cursore nella parte finale del grafico e si premerà “o” sulla tastiera, avendo l’accortezza di eliminare gli ultimi picchi dalla selezione. 

3. Analisi Blackbox

Il grafico indica la frequenza in Hz (asse orizzontale) durante l’escursione del throttle (asse verticale) in cui sono presenti vibrazioni e ne mostra l’intensità con un colore che spazia dal nero (nessuna vibrazione) passando per il rosso (vibrazione di media intensità) ed arrivare al bianco (vibrazione molto alta).

Si consiglia di approfondire l’argomento prima di procedere con la modifica dei filtri.

Lo scopo di questa fase è quello di ridurre al minimo il filtraggio eliminando i filtri inutili e tagliando le frequenze di quelli necessari per filtrare le vibrazioni presenti durante il volo.

Chris Rosser, in una build pulita e nuova, consiglia di cercare di eliminare i filtri del giroscopio (1) e impostare un solo filtro low-pass d-term (2) oltre al filtro RPM (3) e il filtro Notch Dinamico (4) che rilevano e riducono le risonanze di motori e telaio. 

Rosser ci viene in aiuto anche per quanto riguarda il range (indicativo) di frequenze da filtrare con il filtro low pass impostato, come da suo consiglio, sul metodo di filtraggio BIQUAD e suggerisce i range riportati nella seguente tabella in base alla misura delle eliche.

Bilanciamento tra P e D (angle mode)

1. Preparazione

Prima di procedere con la ricerca del corretto bilanciamento tra P (proporzionale) e D (derivato) è importante andare ad eliminare l’azione della componente I (integrale). Per fare questo, nella tab PID Tuning di Betaflight, portare a zero lo slider Drift Wobble (1). Porta al minimo anche il valore di Feedforward (2) in modo che non interferisca con i PID.

2. Registrazione log

Scollegato il drone dal PC e inserita la batteria, in MODALITA’ ANGLE, vanno eseguiti dei voli di circa 20/30 secondi in cui si effettuano movimenti repentini sull’asse del roll, con movimento destra-sinistra, e sull’asse del pitch, con movimento avanti-indietro. Questi movimenti devono essere abbastanza rapidi da non far “slittare” il drone nelle varie direzioni, il drone quindi rimarrà vicino al punto di partenza.

Tra un volo e l’altro andrà impostato un valore diverso dello slider Tracking (3), questo valore aumenta o diminuisce i valori di P e I. Un buon range tra cui oscillare è da 0.4 a 1.5 con intervalli di 0.1/0.2. Per cambiare le impostazioni dello slider è possibile utilizzare Betaflight, OSD o LUA script dal radiocomando. Ricorda che, se non è stato impostato

uno switch che controlla l’avvio della registrazione della blackbox, ad ogni armamento verrà generato un file. Può quindi essere d’aiuto segnarsi il valore settato per ogni log registrato. 

3. Analisi log

Per analizzare i LOG della blackbox si consiglia l’utilizzo di PID Toolbox scaricabile dal seguente link.

Nella prima schermata di PID Toolbox clicca su Select (1), carica i file log della Blackbox che desideri analizzare e clicca il pulsante Step Resp Tool (2).

Si aprirà una nuova finestra. Dopo aver deselezionato l’analisi dello yaw (1), evidenzia un massimo di 10 file (2) e clicca su Run (3). Verranno visualizzati dei grafici rappresentanti il roll, nella parte superiore, e il pitch, nella parte inferiore. Inizialmente concentrati sui grafici a sinistra, in particolare quello del roll. Ogni linea, di colore diverso, rappresenta uno dei file selezionati per l’analisi. Bisogna cercare il file che produce una linea che inizialmente superi di poco il valore 1 e poi lo segua il più fedelmente possibile. Nell’immagine d’esempio un buon risultato lo dà il file “btfl 006.01.csv”, ovvero quello rappresentato dalla linea color arancio (4).

Il grafico subito di fianco (5) indica una media del valore che mantiene ogni log. Questo grafico è d’aiuto nel capire quale linea è più stabile sul valore 1. L’ultimo grafico (6) mostra il ritardo di risposta indicato in millisecondi. Qui, nel caso di due linee molto simili tra loro, si preferisce il valore più basso.

Una volta individuata la linea corretta basterà vedere a quale valore di Tracking corrisponde e andarlo ad impostare sul FC, tramite configuratore, OSD o LUA script del radiocomando e passare alla ricerca del valore corretto del Master Multiplayer

Master Multiplayer

Il Master Multiplayer aumenta i valori PID lasciando inalterato il rapporto tra P e D. Quindi, una volta trovata la giusta relazione che fa lavorare correttamente P e D tra loro, viene utilizzato il Master Multiplayer per impostare la giusta quantità di P e D.

1. Preparazione e Registrazione LOG

Le fasi di Preparazione e di Registrazione LOG sono le stesse del Bilanciamento tra P e D. Lascia quindi le stesse impostazioni compreso il rapporto tra P e D appena trovato, assicurati che ci sia spazio a sufficienza per registrare i dati blackbox e procedi con una sequenza di voli identici al capitolo precedente. 

2. Analisi LOG

Anche per l’analisi dei log per determinare il valore più adatto del Master Multiplayer si procede in maniera analoga al Bilanciamento tra P e D tramite PID Toolbox. Fai quindi dei voli in modalità angle compiendo dei movimenti veloci sugli assi del roll e del pitch. Utilizza poi i file della Blackbox per determinare il valore migliore da inserire nello slider del Master Multiplayer.

Come fatto in precedenza basa la tua scelta analizzando le linee sui grafici di PID Toolbox. Optando per il valore determinato dalla linea che raggiunge in fretta il valore 1 senza però oltrepassarlo troppo (overshooting) e che rimanga il più costante possibile sul valore 1. Consulta anche i due grafici che indicano uno il valore medio e l’altro la latenza per aiutarti nella decisione.

Delle volte può capitare di rendersi conto di arrivare a fine corsa dello slider, quindi al valore 2.0, e non essere ancora soddisfatti del risultato. In questo caso occorre raddoppiare il valore degli slider Dumping e Tracking e dimezzare quello del Master Multiplayer. Questo lascia i valori P e D invariati pur portando lo slider del Master Multiplayer a 1.0.

Nell’immagine d’esempio è possibile notare come, dimezzando da 2.0 a 1.0, il Master Multiplayer (1)  e raddoppiando da 0.5 a 1.0 il Tracking e da 0.5 a 1.0 il Dumping (2) i valori P e D rimangono invariati (3).

Ripristino I (integrale) e Feedforward

1. Ripristino del valore I

Determinati i valori di P e D bisognerà riportare a livello corretto il valore “I” utilizzando lo slider Drift – Wobble nella tab PID Tuning di Betaflight . Per la maggior parte delle build il valore 1.0 è abbastanza soddisfacente. É comunque possibile registrare qualche LOG e, come illustrato per rapporto tra P e D e Master Multiplayer, determinare un valore diverso. Approfondimenti sul valore I verranno trattati in altri articoli.

2. Feedforward

Il Feedforward si basa sulla velocità impartita agli stick per aiutare i PID a ridurre ulteriormente la latenza di risposta da parte del drone. Anche in questo caso il valore 1.0 è ritenuto accettabile per la maggior parte dei casi.

Se però si desidera fare delle prove per cercare il valore migliore, si può procedere come descritto in precedenza per il rapporto tra P e D e il Master Multiplayer con la differenza che i voli devono essere fatti in modalità ACRO. Si effettuano dunque dei punch up e delle oscillazioni con roll e pitch durante la registrazione di LOG con valori di Feedforward diversi.

A questo punto il grafico da controllare è quello che mette in relazione i dati del giroscopio con quelli del setpoint. In questo caso si vedrà che arrivati ad un determinato valore non si noteranno più miglioramenti nei grafici. Andare oltre quel valore non apporta miglioramenti alla build e rischi di aumentare, anche se di poco, il carico del FC.

Articolo scritto da YeppA FpV, revisionato da Roberto Acchiardo, caricato sul sito da Matteo Del Pino, foto di YeppA FpV e Federico Ghersi.