Перейти к содержимому
Beaflight | Руководство по настройке ПИД-регулятора (PID Tuning Guide)

Beaflight | Руководство по настройке ПИД-регулятора (PID Tuning Guide)

Среда, 30 июля 2025
Технику БПЛА

Руководство по настройке ПИД-регулятора (PID Tuning Guide)

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ (АНГЛ)

Квадрокоптер и Betaflight: шпаргалка

Введение

Эта статья - результат изучения видео, руководств и пособий от FPV экспертов (Bardwell, UAV Tech, JohnnyFPV, Mr. Steele, Le Drib, RotorRiot ).  Цель — дать минимально необходимую, но максимально сжатую информацию для начала настройки и конфигурации вашего квадрокоптера. В качестве пульта используется широко распространённый Taranis X7.

Автор - пилот-фристайлер (freestyle pilot), поэтому имейте в виду, что эти настройки ориентированы на такой стиль (более плавный, мягкий полёт).

Пульт управления (Remote Control) — Taranis X7

Сопоставление каналов (Channel Mapping)

TAER — Throttle (газ) / Aileron (элероны, крен) / Elevator (руль высоты, тангаж) / Rudder (руль направления, рыскание)

TRPY — Throttle / Roll / Pitch / Yaw

КраткоНазваниеХеликоптерСамолётКанал
A Ailerons Roll (крен) Roll (крен) CH1
E Elevator Pitch (тангаж) Pitch (Тангаж) CH2
T Throttle Throttle (газ) Throttle (газ) CH3
R Rudder Yaw (рыскание) Gear CH4

Betaflight

Стартовые настройки по умолчанию (Default startoff settings)

  • Частота обновления гироскопа (Gyro update freq): 8кГц

  • Частота цикла ПИД-регулятора (PID Loop freq): 8кГц, режим выборки (sampling)

  • Режим Airmode: всегда включён (ALWAYS ON)

  • Антигравитация (Antigravity gain): включена (ON)

  • Динамический фильтр (Dynamic Filter): включён (ON)

  • Фильтры: выключить все notch-фильтры (notch filters OFF)

  • ПИД-регулятор: используйте собственные коэффициенты как ориентир

  • Blackbox: частота выборки 2–4кГц

Начальные значения ПИД от эксперта Bardwell (обычно для 5-дюймовых квадрокоптеров):

 PIDFFRCSRRGexpo
Roll (крен) 46 45 25 100 1.55 0.73 0.3
Pitch (тангаж) 50 50 27 100 1.55 0.73 0.3
Yaw (рыскание) 65 45 0 100 1.0 0.73 0.3

Аккумуляторы / значения LiPo

Ниже — рекомендуемые диапазоны на основе тестов.

Для пульта:

ЯчейкиmAhВольтОписание
NiMn 6 ячеек 800 мАч 7–8 В Ориентировочно запас 1 час при 7 В; 4 часа при 8 В
NiMn 6 ячеек 2400 мАч 7–8 В Ориентировочно запас 2 часа при 7 В; 12,5 часов при 8 В

LiPo 3S:

ЯчейкиmAhВольтОписание
LiPo 3 ячейки 800 мАч 11–12 В Около 1 часа при 11 В, 6 часов при 12 В

Под нагрузкой

Напряжение разряженной ячейки LiPo — 3,00 В, разряд ниже этого уровня гарантированно повредит ячейку.

ЯчейкиМин.СреднееМакс.Описание
1 3.2–3.3 В 3.7 В 4.2 В  
2 6.4–6.6 В 7.4 В 8.4 В  
3 9.6–9.9 В 11.1 В 12.6 В  
4 12.8–13.2 В 14.8 В 16.8 В  
5 16.0–16.5 В 18.5 В 21.0 В  
6 19.2–19.8 В 22.2 В 25.2 В  

"C" рейТинг (постоянный разряд)

Пример: 2600 мАч (2,6 А·ч) и рейтинг C = 55C → максимальный постоянный ток: 55 × 2,6 = 143 A

5C, 1300 мАч: 5 × 1,3 A = 6,5 A

Ёмкость ячейки / процент заряда (напряжение vs остаток)

Напряжение ячейкиПроцент остатка
4.00 В 84%
3.96 В 77%
3.93 В 70%
3.90 В 63%
3.86 В 56%
3.83 В 48%
3.80 В 43%
3.76 В 35%
3.73 В 27%
3.70 В 21%
3.67 В 14%

ПИД-регулятор (PID)

  • P = Настоящее (оценивается текущее состояние ошибки) (пропорциональное, proportional)
  • I = Прошлое (оцениваются накопленные данные об ошибке) (интегральное, integral)
  • D = Будущее (оцениваются прогнозируемые данные об ошибке) (дифференциальное, производная / демпфирование, derivative/damping)

базовые пресеты от экспертов (Community Presets)

P-коэф. (P-term. Пропорциональный)

Управляет силой, с которой квадрокоптер следует за положением стиков (заданной точкой, setpoint).

Более высокое значение (усиление) обеспечивает более точное следование, но может вызвать перерегулирование (overshoot), если слишком велико по сравнению с коэффициентом D.

Представьте P как пружину в автомобиле. P-усиление определяет, насколько сильно контроллер борется с ошибкой позиционирования, с целью достичь желаемой траектории (или точки, куда вы хотите направить квадрокоптер).

Можно считать это настройкой чувствительности или отзывчивости. Высокий коэффициент P делает реакцию на стики острой, почти как будто вы увеличили скоростные коэффициенты (rates).

Высокое P → более резкое управление

Низкое P → более мягкое управление

Если P слишком высок, квадрокоптер становится слишком чувствителен, склонным к резкой коррекции, что вызывает перерегулирование и высокочастотные колебания.

Вы можете снизить P, чтобы уменьшить колебания, но слишком низкий P сделает, напротив, управление более вялым (sloppy).

P пропорционален величине ошибки (разница между заданной целевой точкой и реальной точкой в текущий момент (определяемой гироскопом)):

  • Большая ошибка → сильнее толкаем дрон к цели
  • Малая ошибка → толкаем слабее 
  • Нулевая ошибка → ничего не делаем

коэффициент P — главный фактор «ощущения полёта» и управляемости.

  • Высокий P → квадрокоптер ускоряется сильнее к целевой угловой скорости
  • Высокий P → ощущается резче, низкое P — мягче
  • Слишком высокий P → вызывает медленные, вялые колебания

I-коэф. (I-term, интегральный)

Определяет, насколько точно контроллер (FC) удерживает положение квадрокоптера сопротивляясь внешним воздействиям (ветер, смещённый центр тяжести и пр.).

Представьте это как настройку жёсткости при удержании положения.

Если замечаете дрейф без команды — увеличьте I.

Слишком высокий I делает квадрокоптер чрезмерно жёстким и вялым в реакции. Это похоже на замедленную реакцию и заниженный коэффициент P. В крайних случаях возникают низкочастотные колебания.

Вы можете увеличить I, чтобы «исправить» мелкие недочёты. При этом, чтобы избежать излишней «жёсткости», используйте Anti Gravity (антигравитация). Это позволит настроить низкий I при обычном полёте и повышать его только при резких движениях газа.

I пропорционален величине и длительности ошибки:

  • Исправляет накопленную ошибку
  • Устраняет постоянный дрейф
  • Слишком низкий I → квадрокоптер «скользит», как по льду
  • Увеличивайте I, пока квадрокоптер не будет удерживать положение по всем осям при резких движениях газа (остальное сделает anti_gravity_gain)
  • В Betaflight: увеличьте I, пока квадрокоптер удерживает положение в обычном полёте, затем добавьте anti_gravity_gain для борьбы с эффектом газа

D-коэф (D-term, диференцирование)

D-коэффициент (D-term) в PID-регуляторе квадрокоптера отвечает за дифференцирование и демпфирование — он прогнозирует будущее поведение системы на основе скорости изменения ошибки и сглаживает колебания. При движении стиков D-term компенсирует резкие изменения команд, демпфируя управление, а для внешних воздействий (вихревой след от пропеллеров (prop wash), порывы ветра) помогает снижать их влияние, уменьшая колебания и перерегулирование, создаваемое компонентой P и подачей газа (Feed Forward).

При более высоких значениях D демпфирование возрастает, что снижает нежелательную «прыгучесть» и колебания квадрокоптера. Однако D очень чувствителен к высокочастотным вибрациям гироскопа, которые усиливает в 10–100 раз.

Эти вибрации воспринимаются как шум, и при чрезмерном D без качественной фильтрации (особенно низкочастотным фильтром, low-pass filter) могут приводить к перегреву и сгоранию моторов.

Рекомендации для работы с D-коэффициентом:

  • Важно настраивать D маленькими шагами, проверяя температуру моторов после каждого изменения.

  • Использовать низкочастотный фильтр на D-терм для удаления высокочастотного шума, что позволяет ставить более высокие значения P и уменьшать колебания.

  • D Min (минимальный D) — динамический параметр, позволяющий держать низкое значение D при плавном полёте и увеличивать его при быстром изменении команд стиков или при воздействии внешних факторов, таких как propwash.

  • D помогает ускорять реакцию системы на быстрые изменения, но может делать управление квадрокоптером менее отзывчивым («мягким» или «тряским»), если слишком велик.

  • Высокий D может вызвать вибрации и даже повреждение моторов. Будьте внимательны!

Итого, D является единственным из трех параметров PID, способным достаточно быстро реагировать на быстрые изменения и вибрации, играя роль "амортизатора" для колебаний, но с отрицательной стороной — усилением высокочастотного шума. Его грамотная настройка с применением фильтров и динамических методов (D Min) необходима для стабильности, безопасности и производительности квадрокоптера

Настройка ПИД в двух словах

  1. Повышайте P постепенно, чтобы сделать управление «резким» и отзывчивым. Слишком низкий P — управление вялое, слишком высокий — быстрые колебания и дребезг.

  2. Повышайте D, чтобы смягчить резкие колебания — сделать полёт «мягче», уменьшить перерегулирование и «прыжки». D действует как демпфер и снижает излишние вибрации от P.

  3. Повышайте I для компенсации постоянных ошибок (смещения), но слишком высокий I ухудшает скорость реакции и может вызывать "затягивание" или потерю стабильности.

  4. Если возникают быстрые (высокочастотные) колебания  — уменьшайте D, чтобы снизить усиление шума вибраций.

  5. Если колебания медленные  и низкочастотные — пытайтесь увеличить D или уменьшить P для лучшего демпфирования.

  6. При анализе ошибок на Blackbox Tool лучше отключить FF (FeedForward), чтобы видеть «чистую» реакцию PID, без влияния предсказания движения.

Этот простой цикл позволяет найти баланс между отзывчивостью и стабильностью полёта.

Решение проблем

  • Высокий D / низкий P = низкое соотношение PD = снижает "резкость" управления.
  • Низкий D / высокий P = высокое соотношение PD = вызывает колебания

ПИД для оси рыскания (Yaw PID)

  • P → слишком низкое = вялое, как на льду. Увеличьте до 60, 90, 100
  • I → можно до 120
  • D → можно 0
  • Затем используйте FeedForward (FF), чтобы вернуть остроту (например, 100?)

Настройка для фристайла (Tuning for Freestyle)

Подход к настройке:

  • Минимизация  propwash
  • Устранение "отскоков" после флипов и кренов
  • Надёжное удержание положения при изменении газа

Основные манёвры для настройки: резкие повороты, флипы, крены, резкие движения газа

line101 COLOR

Структурированная инструкция по настройке ПИД-регуляторов в Betaflight

На основе руководства Betaflight и анализа интерфейса PID Tuning Tab

1. Введение

Настройка ПИД-регуляторов (пропорционально-интегрально-дифференциальных коэффициентов) — ключевой этап достижения стабильного, отзывчивого и предсказуемого поведения квадрокоптера в полёте. Данная инструкция представляет собой расширенную, технически точную и структурированную версию руководства Betaflight, дополненную терминологией и пояснениями из интерфейса PID Tuning Tab.

Цель — помочь пилоту последовательно настроить ПИД для осей крена (Roll), тангажа (Pitch) и рыскания (Yaw), а также вспомогательные параметры, такие как Feedforward, фильтры, TPA, Anti-Gravity и другие.

2. Подготовка к настройке

2.1. Начальные значения ПИД

Перед началом настройки установите следующие базовые значения:

ОсьP (Proportional)I (Integral)D (Derivative)
Крен (Roll) 4.0 20 5
Тангаж (Pitch) 4.0 20 5
Рыскание (Yaw) 2.0 15 0

Примечание:

  • Ось рыскания настраивается в последнюю очередь.
  • Начальные значения I и D снижены, чтобы минимизировать их влияние и сфокусироваться на настройке P.
  • Значение P для рыскания берётся вдвое меньше, чем для крена/тангажа, чтобы избежать нестабильности на ранних этапах.

3. Пошаговая настройка ПИД

3.1. Настройка коэффициента P (крен и тангаж)

Цель: Найти максимально возможное значение P, при котором квадрокоптер остаётся стабильным.

Процедура:

  1. Выполните серию пробных полётов.
  2. Постепенно увеличивайте P для осей крена и тангажа.
  3. При приближении к полному газу обращайте внимание на:
    • Появление быстрых, заметных колебаний (вибрации рамы, дрожание в FPV).
    • Характерный "писк" моторов — признак перерегулирования.
  4. Как только появятся колебания — остановитесь.
  5. Установите значение P = 70% от критического (т.е. от значения, при котором начались колебания).

Пример: Если колебания начались при P = 6.0, рабочее значение = 6.0 × 0.7 = 4.2

Диагностика:

СостояниеПричина
P слишком низкое медленные, вялые колебания (дрейф оси)
P слишком высокое быстрые, высокочастотные вибрации («дрожь»)

3.2. Настройка коэффициента I (интегральная составляющая)

Цель: Обеспечить удержание угла при изменении тяги и компенсировать внешние воздействия (ветер, дрейф).

Процедура:

  1. Удерживайте квадрокоптер в горизонтальном положении.
  2. Резко увеличьте и уменьшите газ (несколько раз).
  3. Наблюдайте за углом наклона:
    • Если квадрокоптер «плывёт» (угол медленно уходит) → увеличьте I.
    • Если угол стабилен → оставьте I без изменений.

Тонкая настройка:

Значение IПоведение
Низкое лёгкое управление, но возможен дрейф
Высокое жёсткое удержание, но возможна инерционность
Очень высокое «роботизированное» поведение, риск колебаний

Рекомендация: Используйте I-Term Relax (см. п. 7.3) для уменьшения отскоков при резких движениях.

3.3. Настройка коэффициента D (дифференциальная составляющая)

Цель: Устранить отскоки (overshoot) после резких поворотов и подавить вибрации от вихревого следа (propwash).

Когда увеличивать D:

  • После резкого крена или флипа квадрокоптер перерегулирует и отскакивает.
  • При резком снижении появляются вибрации из-за турбулентности пропеллеров.

Процедура:

  1. Постепенно увеличивайте D с шагом 1–2 пункта.
  2. После каждого изменения выполняйте резкие крены/флипы.
  3. Если отскоки уменьшаются — продолжайте.
  4. Если моторы начинают перегреваться или появляется шум — уменьшите D.

Важно: Слишком высокое D вызывает перегрев моторов и шум в гироскопе.

Проверка перегрева:

  • После 10–30 секунд полёта посадите квадрокоптер.
  • Проверьте температуру моторов: если можно спокойно держать палец на моторе — перегрева нет.

3.4. Настройка оси рыскания (Yaw)

Особенности:

  • Ось рыскания имеет меньшую контрольную силу (authority).
  • Допустимый диапазон значений шире.
  • Обычно используются высокие P и I, низкий D.

Процедура:

  1. Начните с P = 2.0 (половина от крена/тангажа).
  2. Убедитесь, что при резком наборе высоты нет вибраций.
  3. Постепенно увеличивайте P с шагом 0.5.
  4. Остановитесь, когда почувствуете «грубость» в FPV-изображении при быстрых поворотах.
  5. Слегка уменьшите значение.

Использование Blackbox-логов:

  • P-составляющая может слегка колебаться — это допустимо.
  • Главное — гладкая трасса гироскопа (Gyro Yaw).
  • Если при полном газе остаётся «грубость» — проверьте, не колеблется ли P-составляющая. При наличии — уменьшите P.

Рекомендация: Для точной настройки используйте анализ Blackbox.

4. Финальная доводка: баланс P и I

4.1. Поведение в сильных поворотах

Значение IПоведение
Очень низкое Ось дрейфует со временем
Низкое Легко меняет положение, но может не удерживать
Высокое Отлично удерживает, но может сопротивляться резким движениям
Очень высокое «Роботизированное» поведение, возможны колебания

4.2. Диагностика "отскока" (bounce-back oscillation)

Когда после резкого возврата стика к центру вращение не останавливается «чисто»:

ПричинаРешение
D слишком низкое Увеличьте D
P слишком высокое Уменьшите P
P слишком низкое Увеличьте P (низкий P вызывает медленные колебания)

5. Дополнительные параметры и функции

5.1. Feedforward (FF)

Назначение: Обеспечивает мгновенный отклик на движение стиков, не дожидаясь появления ошибки (в отличие от P).

Режимы работы:

  • Классический (Setpoint Weight) — до Betaflight 4.3.
  • Smart Feedforward — современный режим (рекомендуется).

Smart FF не суммирует FF и P, а работает независимо, обеспечивая «толчок» в начале движения.

Рекомендуемые значения FF (Setpoint Weight):

СценарийFFTransitionПримечание
Гонки (Racing) 150–250+ 0 Максимальная резкость и отклик
Фристайл (Freestyle) 70–150 0.2–0.5 Плавность в центре, резкость на краях
Кинематография 50–100 0.3–0.7 Очень плавные движения
Рыскание 80–150 0.1–0.3 Избегайте излишней резкости

Расчёт начального FF (эмпирическая формула):

FF = (D / 26) × setpoint × 100

Пример: D = 26, setpoint = 1 → FF = 100

5.2. TPA (Throttle PID Attenuation)

Назначение: Уменьшает эффективность P и D при высоком газе, чтобы подавить высокочастотные колебания.

Параметры:

  • tpa_mode: PD (по умолчанию) или D — какие коэффициенты ослаблять.
  • tpa_rate: Процент уменьшения при полном газе (например, 0.6 = 60%).
  • tpa_breakpoint: Уровень газа (в микросекундах), с которого начинается ослабление (например, 1250 = 25%).

Совет: Если при резком наборе высоты появляются колебания — увеличьте TPA.

5.3. Anti-Gravity (Антигравитация)

Назначение: Компенсирует подъём/опускание носа при резком изменении газа.

Настройка:

  • Увеличивайте anti_gravity_gain (0–30), пока нос не перестанет «плавать» при резком газе.
  • Особенно важно для квадрокоптеров с смещённым центром тяжести.

5.4. I-Term Relax

Назначение: Уменьшает накопление I при быстрых движениях, что снижает отскоки в конце флипов и кренов.

Параметры:

  • Тип:
    • Gyro — лучше для фристайла.
    • Setpoint — лучше для гонок.
  • Cutoff:
    • Фристайл: 10
    • Гонки: 20

Важно: Позволяет использовать более высокие I (на 50% и более) без риска колебаний.

5.5. Integrated Yaw + Absolute Control

Integrated Yaw:

  • Интегрирует выход PID по рысканию, что делает его поведение похожим на крен/тангаж.
  • Упрощает настройку: I не нужен, т.к. интегрированный P действует как I.

Absolute Control:

  • Аккумулирует абсолютную ошибку гироскопа и вносит коррекцию в setpoint.
  • Требует включённого AirMode и I-Term Relax (для RPY).

Важно: Integrated Yaw требует Absolute Control.

6. Фильтрация сигнала (Filters)

Каждый фильтр вносит задержку (lag), но подавляет шум.

Рекомендуемые настройки:

Уровень шумаgyro_lowpassdterm_lowpassgyro_lpf
Оптимальный 100 110 OFF
Слегка шумный 80 100 OFF
Очень шумный 50 100 188 Гц

Динамический Notch-фильтр (Dynamic Notch Filter):

  • Включайте всегда (диапазон 100–400 Гц).
  • Автоматически подстраивается под частоту вращения моторов.

Gyro RPM Filter (при использовании BiDirectional DShot):

  • Включите в настройках фильтров.
  • Установите Harmonics = 3 (в большинстве случаев).

7. Анализ и диагностика

7.1. Blackbox-логи

Используйте:

  • Betaflight Blackbox Explorer
  • PID Toolbox
  • Plasmatree

Ключевые метрики:

  • PID Error = Setpoint – Gyro → должна быть минимальной.
  • Gyro Trace — должна точно следовать Setpoint.
  • D-Term — не должен быть шумным.

7.2. Режим отладки (Debug Mode)

set debug_modes = GYRO_SCALED
set debug_modes = gyro_raw
set debug_modes = notch
set debug_modes = fft
set debug_modes = dfilter

8. Проверка и итоговая оценка

8.1. Тестовые манёвры

  1. Резкий крен → нет отскока? → D нормальное.
  2. Резкий газ → нет колебаний? → TPA и Anti-Gravity настроены.
  3. Удержание угла при изменении газа → I подобрано.
  4. Моторы не перегреваются → D и фильтры в норме.

8.2. Итог

  • Настройка по данной инструкции даёт 80–90% от идеала.
  • Финальная доводка — через Blackbox-анализ.
  • Используйте Smart Feedforward, I-Term Relax, TPA и фильтры для достижения максимальной стабильности и отзывчивости.

9. Приложения

9.1. Примеры плохих ПИД (Trashcan PIDs)

 PIDFFRCSRRCexpo
Roll 45 45 25 100 1.20 0.75 0.0
Pitch 50 50 27 100 1.20 0.75 0.0
Yaw 45 100 0 100 1.30 0.80 0.0

9.2. Краткий чек-лист

ПроблемаРешение
Отскок после флипа ↑ D
Угол не держится при газе ↑ I
Медленные колебания ↑ P
Колебания при полном газе ↑ TPA
Нос поднимается при газе ↑ Anti-Gravity
Вихревой след ↑ D или ↓ P
Скольжение в повороте ↑ I по Yaw

Эта инструкция позволяет системно и безопасно настроить ПИД-регуляторы в Betaflight с учётом как базовых принципов, так и современных функций прошивки.

Beaflight | Руководство по настройке ПИД-регулятора (PID Tuning Guide) ID 102
  • Betaflight. Настройка фильтров. Вкладка [PID Tuning].

    Betaflight. Настройка фильтров. Вкладка [PID Tuning].

    Фильтрация сигналов от гироскопа в пилотном контроллере квадрокоптера необходима для удаления лишнего шума и вибраций, которые могут негативно влиять на работу PID-контроллера и, соответственно, на стабильность и управляемость квадрокоптера.

  • Настройка PID-регулятора в системах управления полетом

    Настройка PID-регулятора в системах управления полетом

    Каждый аспект динамики полёта БПЛА контролируется ПИД-регулятором. Это алгоритм, отвечающий за реакцию на команды с пульта управления и поддержание стабильности аппарата в воздухе с использованием данных гироскопов и/или акселерометров (в зависимости от режима полёта).