Что такое RC-сглаживание на вкладке «Приёмник»

Назначение блока RC-сглаживание в Configurator: причина ступенчатого сигнала приёмника, состав параметров, автоматический режим работы, порядок выбора значений и проверка результата.

Термины и сокращения

Назначение функции

RC-сглаживание представляет собой обработку сигнала, поступающего от приёмника, внутри прошивки полётного контроллера. Оно не относится ни к гироскопу, ни к фильтрам шума двигателей, ни к выходам регуляторов хода. Задача обработки состоит в преобразовании ступенчатого сигнала органов управления в плавную линию до того, как команда пилота превратится в целевое значение (setpoint) и сигнал feedforward.

Функция действует только в контуре управления и не затрагивает телеметрию, сигнал гироскопа и вспомогательные каналы.

Причина возникновения ступенчатого сигнала

Сигнал от приёмника поступает пакетами с частотой радиолинка: 50 Гц у ранних систем, 150 Гц у Crossfire в зафиксированном режиме, 250 и 500 Гц у высокоскоростных систем. Между двумя пакетами значение канала не изменяется и удерживается до прихода следующего.

PID-цикл при этом работает на частоте 4–8 кГц, то есть в десятки и сотни раз чаще. В результате команда пилота приобретает вид лестницы: горизонтальные участки длиной в интервал следования пакетов и вертикальные перепады на границах.

Из ступенчатого характера сигнала следуют три следствия:

1. Производная ступеньки представляет собой импульс. D-терм и feedforward работают с производной целевого значения (setpoint), поэтому на каждом перепаде получают кратковременный всплеск большой амплитуды.
2. Управляющие сигналы двигателей становятся прерывистыми. На низких скоростях радиолинка это проявляется слышимым дрожанием и повышенным нагревом двигателей.
3. Снижается качество работы feedforward. Он строится на изменении команды от пакета к пакету, поэтому шум квантования радиолинка напрямую превращается в рывки управления.

Обрабатываемые и необрабатываемые сигналы

Элементы блока в Configurator

В базовом режиме отображаются три элемента: переключатель, тип отсечки целевого значения (setpoint) и автокоэффициент. Остальные строки открываются при включённом экспертном режиме.

Название «Автоматический коэффициент заданного значения» соответствует параметру rc_smoothing_auto_factor. В версиях Configurator до 10.8 тот же параметр назывался «Auto Smoothness». В справке к нему указано, что значение регулирует соотношение плавности и задержки и что при приближении к 50 задержка входа становится заметной.

Автоматический режим работы

Основной режим предусматривает отсутствие ручных расчётов. Порядок работы следующий:

1. При разблокировке двигателей прошивка измеряет интервал между поступающими пакетами и определяет скорость радиолинка.
2. По определённой скорости рассчитываются частоты среза фильтров целевого значения (setpoint) и feedforward.
3. Чем выше скорость линка, тем выше частоты среза и тем меньше задержка. Чем медленнее линк, тем сильнее сглаживание.
4. При изменении скорости линка в полёте значения пересчитываются, однако на пересчёт требуется время.

Проверить определённую скорость линка и активные частоты среза позволяет команда rc_smoothing_info, выполняемая в командной строке при включённых аппаратуре управления и приёмнике. Команда работает при типах отсечек в положении «Авто».

Изменения в версиях прошивки

До версии 4.2 применялись два метода обработки: интерполяция и фильтровая обработка. В версии 4.3 интерполяция удалена, осталась только фильтровая реализация на фильтре третьего порядка PT3, обеспечивающая форму отклика без переброса при меньшей задержке.

Версия 4.3 и новее

set rc_smoothing = ON
set rc_smoothing_auto_factor = 30
set rc_smoothing_auto_factor_throttle = 30
set rc_smoothing_setpoint_cutoff = 0
set rc_smoothing_feedforward_cutoff = 0
set rc_smoothing_throttle_cutoff = 0

Версия 4.2

set rc_smoothing_type = FILTER
set rc_smoothing_input_hz = 0
set rc_smoothing_derivative_hz = 0
set rc_smoothing_input_type = BIQUAD
set rc_smoothing_derivative_type = PT1
set rc_smoothing_auto_smoothness = 10

Выбор значений

Автокоэффициент задаёт соотношение плавности и задержки. Значение 30 обеспечивает хорошее сглаживание целевого значения (setpoint) при небольшой задержке относительно несглаженного сигнала и является значением по умолчанию. Ориентиры по задачам приведены в таблице.

Фиксированные частоты среза

Для кинематографичных полётов на быстром линке целесообразно отказаться от автоматического режима и задать фиксированные частоты среза целевого значения (setpoint) и feedforward: плавность будет одинаковой на протяжении всего полёта и не зависит от текущей скорости линка.

set rc_smoothing_setpoint_cutoff = 10
set rc_smoothing_feedforward_cutoff = 10

Для незафиксированного Crossfire, в котором скорость переключается между 50 и 150 Гц, значение 25 Гц обеспечивает одинаковое ощущение органов управления и приемлемую плавность, в том числе в режиме 50 Гц.

set rc_smoothing_setpoint_cutoff = 25
set rc_smoothing_feedforward_cutoff = 25

Что функция не выполняет

• Джиттер органов управления и аппаратуры управления почти не устраняется. Для этого предназначены параметры feedforward_smooth_factor и feedforward_jitter_factor, а также меры по повышению качества радиолинка.
• Рывки канала газа регулируются отдельным коэффициентом, и его завышение затрудняет быстрый вывод аппарата из пикирования.
• Плавность видеозаписи обеспечивается не только сглаживанием: повышение автокоэффициента даёт видимую задержку органов управления, тогда как expo создаёт похожее ощущение мягкости в центре без задержки.
• Шум двигателей и резонанс рамы не подавляются: эти задачи решают фильтры гироскопа и D-терма.

Проверка результата настройки

1. Команда rc_smoothing_info в командной строке отображает определённую скорость линка и рассчитанные частоты среза. Проверка полезна для редко используемых линков, в которых автоматическое определение может быть ошибочным.
2. Режимы Debug RC_SMOOTHING и RC_SMOOTHING_RATE выводят в журнал полёта исходную команду, её производную, отфильтрованную производную и определённую скорость линка.
3. Разбор журнала полёта в Blackbox Explorer с сопоставлением исходной команды и сглаженного целевого значения (setpoint). Ступенчатый характер целевого значения (setpoint), узкие всплески в тракте D-терма и рывки выходных сигналов на частоте линка указывают на недостаточное сглаживание. Затянутый отклик на резкое перемещение органа управления и запаздывающая реакция аппарата указывают на избыточное сглаживание.

Типичные ошибки

• Выключение сглаживания ради повышения отзывчивости. Обработка должна быть включена постоянно.
• Трактовка нулевого значения частот среза как отключения функции. Ноль задаёт автоматический расчёт.
• Ввод частот среза без переключения типа отсечки в положение «Вручную».
• Перенос значений из версий прошивки до 4.3: имена параметров изменены, часть строк не применяется.
• Повышение автокоэффициента без необходимости. Задержка растёт вместе со значением, а выигрыш после 60 снижается.

Итог