Урок 20 из 43 · Модуль 3. Каскад PID и физический смысл коэффициентов
Mission Planner для технического персонала · Урок 20 из 43 · Модуль 3. Тюнинг и автономный полёт
Как устроены вложенные контуры управления, за что отвечает каждый коэффициент и как выглядит правильный отклик системы.
Контуры настраивают строго изнутри наружу. Внешний контур предполагает, что внутренний точно и быстро отрабатывает уставки.
Содержание
1. Цели урока
После этого урока вы будете понимать:
- структура каскада: положение → скорость → угол → угловая скорость
- как проявляется избыток и недостаток каждого коэффициента
- что стоит за ползунками Basic Tuning
- как выглядит оптимальный переходный процесс
2. Каскадная структура управления
ArduCopter использует вложенные контуры регулирования. Внешний контур задаёт уставку внутреннему, внутренний работает быстрее.
Каскад управления: каждый контур задаёт уставку следующему. Частота внутреннего rate-контура — 400 Гц, внешних — от 10 до 100 Гц
| Контур | Вход | Выход | Параметры |
|---|---|---|---|
| Положение | Целевая точка | Целевая скорость | PSC_POSXY_P, PSC_POSZ_P |
| Скорость | Целевая скорость | Целевое ускорение → угол | PSC_VELXY_P/I/D, PSC_ACCZ_* |
| Угол | Целевой угол | Целевая угловая скорость | ATC_ANG_RLL_P, ATC_ANG_PIT_P, ATC_ANG_YAW_P |
| Угловая скорость | Целевая угловая скорость | Воздействие на моторы | ATC_RAT_RLL_P/I/D, аналогично PIT и YAW |
3. Физический смысл коэффициентов
Характер отклика при разных настройках. Цель — минимальный заброс при быстром выходе на уставку
P (пропорциональный). Реакция, пропорциональная текущей ошибке. Основной коэффициент, определяющий «жёсткость» аппарата.
- Мало: вялая реакция, аппарат «плавает», медленно выходит на заданный угол.
- Много: колебания с частотой 5–15 Гц, слышимые как дрожание моторов.
I (интегральный). Накапливает ошибку во времени, устраняет постоянное смещение — например, от несбалансированной нагрузки или бокового ветра.
- Мало: аппарат сносит ветром, в LOITER не выходит точно на точку.
- Много: медленные колебания с периодом в секунды, «перерегулирование» после манёвра.
D (дифференциальный). Реагирует на скорость изменения ошибки, гасит колебания.
- Мало: заброс после манёвра, «звон».
- Много: усиление шума, высокочастотное дрожание, нагрев моторов.
FF (feed-forward). Прямая подача уставки в обход обратной связи. Ускоряет отклик, не влияя на устойчивость. В ArduCopter применяется для yaw (ATC_RAT_YAW_FF), в ArduPlane — для всех осей.
4. Basic Tuning
CONFIG → Basic Tuning. Три-четыре ползунка, за которыми стоят согласованные изменения нескольких параметров.
| Ползунок | Что меняет |
|---|---|
| Roll/Pitch Sensitivity | Пропорционально масштабирует ATC_RAT_RLL_P, ATC_RAT_RLL_D, ATC_RAT_PIT_P, ATC_RAT_PIT_D |
| Climb Sensitivity | PSC_ACCZ_P и PSC_ACCZ_I |
| RC Feel | ATC_INPUT_TC — постоянная времени отклика на стики |
| Throttle Hover | MOT_THST_HOVER |
Basic Tuning полезен для быстрой коррекции «в поле», когда аппарат явно вялый или явно дёрганый. Для серьёзной настройки используется AUTOTUNE или ручной подбор.
↑ К оглавлению5. Чек-лист самопроверки
Урок освоен, если каждый пункт выполнен на практике:
- Понимаю, какой параметр относится к какому контуру
- Умею по характеру колебаний отличить избыток P от избытка I
- Знаю, что меняет каждый ползунок Basic Tuning
6. Что дальше
- Предыдущий урок: 19. Гармонический режекторный фильтр (notch)
- Следующий урок: 21. AUTOTUNE: автоматическая настройка регуляторов
- Полный перечень тем — в статье «Содержание курса».
- Четверг, 30 июля 2026