APM Arducopter Tuning Guide - Teil 2

#1
NEU: Der superkompakte APMCopter PID Tuning Guide ToGo zum Ausdrucken und mitnehmen.


Der Teil 1 des APM Tuning Guide beschäftigt sich mit dem Aufbau und der Grundkonfiguration des Arducopters. Dieser Teil 2 widmet sich dem PID-Tuning ohne allzuviel auf die Theorie der PID-Regelung einzugehen.


[size=+1]Fein-Einstellen des Copters[/size]

PIDs justieren
Das wohl spannendste und zugleich heikelste Thema beim Arducopter ist das Feineinstellen der PID-Regelung.
Oftmals mit Ratlosigkeit und Scheu verbunden, allerdings ist es gar nicht so schwer, wenn man das Prinzip mal verstanden hat.
Hierzu habe ich im DIY-Forum ein paar sehr brauchbare Hinweise gefunden. Daraus resultierend verwende ich folgende Methode, die in den Fällen meiner Copter bisher zu äusserst zufriedenstellenden Erfolgen geführt hat:


Was benötige ich dazu?
Wichtig ist hierbei eine Funke mit einem (Dreh)-Poti am Kanal 6.
Nach und nach legt man hier einzelne Parameter auf und definiert Wertebereiche, die man dann direkt im Flug soweit direkt austestet.
Weiters hat sich ein Telemetrie-Link bewährt, da man ansonsten sehr oft das USB-Kabel an und abstecken muss, was mühsam ist und vermutlich auf Kosten der Lebensdauer des Anschlusses geht.

Zum Einstellen sucht man sich einen windstillen Tag und eine Fläche mit einem Radius von zumindest 10m ohne Hindernissen. Am besten mit einer Grasfläche als Untergrund, falls es doch mal zu einem ungeplanten Bodenkontakt kommen. Weiters sollte man ein wenig Feingefühl und Erfahrung mit Copter-Handling mitbringen, da das ganze während des Einstellens relativ instabil in der Luft hängt.
Es ist auch von Vorteil, wenn es möglichst keine Nebengeräusche vor Ort gibt und man in einem nicht allzugroßen Abstand seine Tests durchführt, da man Schwingungen oft eher als Drehzahländerungen akustisch wahrnimmt, als man sie wirklich sehen kann.



Hinweis: Die vorgeschlagene Prozedur samt Wertebereiche stammen von Tests mit Arducopter 2.9.1b. Mit neuen Versionen können sich diesbezüglich Details ändern





PRAXISTIPP:
Den superkompakten APMCopter PID Tuning Guide ToGo ausdrucken und zum Einstellen mitnehmen.
Diese stark reduzierte Variante enthält in Kurzform die nötigen Schritte zum Feinjustieren der PIDs.

Die Ausführliche Beschreibung:


[size=+1]Vorbereitung[/size]
Wir bewegen uns für den Großteil dieses Guides im Mission Planner im Bereich Configuration
> Standard Params
+ Arducopter Config



Die PID-Anpassung nimmt man am besten im Acro-Mode vor.
Der Acro-Mode von Arducopter ist grundsätzlich kein reiner Rate-Mode, sondern hat eine "Art doppelten Boden mit Fangnetz". Genauer gesagt kann man mittels ACRO_BAL_ROLL bzw. ACRO_BAL_PITCH einstellen, ab wann sich das "Sicherheitsnetz" dazuschalten soll. Der Default-Wert von 200 für beide Parameter ist für Acro-Einsteiger gedacht. Beim PID-Tuning wollen wir möglichst gute Rate-Werte bekommen, d.h. die Beeinflussung durch den Stabilize-Loop sollte so gering wie möglich ausfallen.
ACRO_BAL_ROLL/PITCH auf 0 ergibt einen reinen Rate-Mode. Fürs PID-Tuning ist das dann aber wohl doch eine Nummer "zu scharf", die goldene Mitte von 100 stellt sich für unsere Zwecke als ganz brauchbar heraus.

Je mehr man von 200 reduziert um so besser sollte man bereits Copter-fliegen können, da man besonders zu Beginn dann doch recht rasch immer wieder manuell eingreifen und korrigieren muß.
Niedriger als 100 würde ich zum Zwecke des PID-Tunings hier nicht gehen, bzw. muß man dann schon wirklich gut an den Hebeln hängen...

Generell muß man damit rechnen, daß zu Beginn der Copter nicht nur instabil in der Luft hängt, sondern auch dass man Einflüsse von Wind und/oder schlecht eingestelltem Schwerpunkt manuell korrigieren muss.
Man merkt jedoch sehr gut, daß mit jedem der folgenden Schritte genau diese Punkte immer mehr von der Regelung automatisch ausgeglichen werden und am Schluß selbst ohne GPS der Copter sehr sehr ruhig schwebt.

Es ist ganz hilfreich, wenn man am Sender mittels Schalter rasch zwischen Acro und Stabilize-Mode umschalten kann. Den Stabilize_P Wert sollte man zu Beginn auf etwa 2 stellen. Bei den einzelnen Werten die wir dann später einstellen, ist es (zumindest zu Beginn) hilfreich, den Wertebereich mal vorsichtig im Stabilize-Mode zu testen und dann in den Acro-Mode umzuschalten um sich dort noch näher an den Optimalwert heranzutasten.

[size=+1]das eigentliche Einstellen[/size]

Rate Roll/Pitch P - erster Durchlauf
Zu Beginn setze ich mal für Rate Roll und Pitch sowohl D=0 und I=0.
Die Ch6 Opt. setze ich auf CH6_RATE_KP um P für Roll und Pitch per Poti verändern zu können. Der Default-Wert liegt hier bei 0.175.
Dieser Wert hängt stark vom Gewicht des Copters, der Motorisierung und den Propellern ab. Stark motorisierte Copter benötigen einen niedrigeren P, schwere Copter mit einer eher schwachen Motorisierung hingegen haben einen höheren P.

Als Wertebereich gebe ich mal 0.15 - 0.2 vor, stelle das Poti auf die Min-Position und starte einen ersten Flugversuch.
Man sollte zumindest 1.5-2m hoch schweben um etwaige Bodeneffekte zu vermeiden.
Jetzt drehe ich das Poti mal langsam und taste mich an den Max-Wert ran.
Sobald der Copter zu vibrieren/schwingen beginnt, oder die Drehzahl der Motoren so stark auf und ab-schwingt, dass man das bereits hören kann, ist der P-Wert zu hoch und man regelt geringfügig zurück bis der Effekt aufhört.
Kommt man mit dem gesetzten Wertebereich nicht an diesen Effekt ran, dann landet man und verschiebt/erweitert den Wertebereich entsprechend.
Sobald man sich so an den Wert herangetastet hat, macht man einige agressivere Manöver und überprüft so, ob der Copter auch so stabil bleibt ohne sich aufzuschwingend. Dann landet man, liest den aktuellen Wert aus und legt nochmal einen neuen aber engeren Wertebereich fest um sich möglichst genau an den für den Copter passenden Wert annähern zu können.
Fühlt man sich mit dem Wert hier so halbwegs wohl, kann man mal in den Acro-Mode umschalten und hier weiter korrigieren, bis man einen passenden P-Wert hat.
Hat man so einen P-Wert ermittelt, liest man diesen aus, und nimmt sich als nächstes D vor.


Rate Roll/Pitch D
nach ähnlicher Vorgangsweise wie schon zuvor bei P legt man nun eben CH6_RATE_KD auf Ch6 Opt. und gibt ebenfalls einen Wertebereich vor.
Wichtig: Bei D liegt der Wertebereich deutlich niedriger. Ein guter Wertebereich für den Beginn ist hier 0.002 - 0.010

Man bringt den Copter wieder in die Luft ermittelt auch hier nach selber Methode den besten Wert, der knapp unterhalb der Schwelle liegt, wo der Copter anfängt instabil zu werden. Sobald man hier dem Schwellwert nahe kommt, schwingt auch hier der Kopter, dann allerdings deutlich schneller, oder er zuckt ab und an mal nervös.
Bei einem gut eingestellten Wert merkt man, daß das Flugverhalten irgendwie "weicher" und ruhiger wird.
Auch hier beginnt man zuerst mal im Stabilize-Mode und schaltet dann in den Acro-Mode um, sobald man das Gefühl hat einen halbwegs passenden Wert gefunden zu haben.



Rate Roll/Pitch P - zweiter Durchlauf - Nachkorrigieren
Obwohl wir bereits vorhin schon einmal den Roll/Pitch-P ermittelt haben, ergibt sich für diesen nach der Anpassung von D ein neuer Optimalwert. Üblicherweise liegt dieser um etwa 30%-50% höher als noch zu Beginn, kann jedoch auch noch höher sein.
Auch hier liegt der Optimalwert unterhalb der Schwelle, wo der Copter zu schwingen beginnt.

Rate/Roll I
wieder nach ähnlicher Methode wie bereits gewohnt. Hier gilt ein Wertebereich in etwa
von P bis 2,5*P. Am besten mal versuchen.
der Optimalwert für I liegt hier deutlich unter dem Bereich, wo der Copter zu schwingen beginnt.
Tatsächlich ist der optimale I-Wert nicht so leicht zu ermitteln. Ich würde mal sagen irgendwo zwischen 2*P und dem Punkt wo das Ding zu zucken/schwingen beginnt, sollte man ganz gut liegen.

[size=+1]Test-Manöver zum Testen der Werte[/size]

Bei jedem zu ermittelnden Wert und vor allem am Schluss kann man folgende Manöver überprüfen, so bekommt man einen guten Eindruck über den Fortschritt des Tunings:
1.) Voller Roll-Input und dann Stick auslassen. Es darf kein Überschwingen stattfinden
2.) Selbes für Pitch und Yaw
3.) 1 + 2 während der Copter steigt (3/4 Gas)
4.) rasches Sinken für ein paar Meter gefolgt von kurzzeitigem Vollgas zum Abfangen
5.) schneller Vorwärtsflug gefolgt von Nick/Roll/Yaw Eingaben

Übrigens, beim Sinken des Copters entsteht durch Verwirbelungen ein unregelmäßiges Luftpolster was so ziemlich jeden Copter zum Schwingen bringt. Dennoch kann man das mit einem gut eingestellten PID auf ein Minimum reduzieren.

Das bisher beschriebene gilt für Nick/Roll.

Für Yaw gilt ähnliches, jedoch sind hier selten Feinanpassungen nötig. Einzig Tricopter reagieren heftiger auf Yaw, hier kann es schon mal sein, daß man bei den PIDs entsprechend gegensteuern muß.

Auf dem soeben beschriebenen Weg gelangt man zu einem relativ stabilen Copter, der auch Windstößen und agressiven Manövern standhält.


[size=+1]Agilität/Stabilität je nach Geschmack[/size]

Nun kann man mittels höheren Stabilize Nick/Roll P einstellen, wie stark generell die Stabilisierung eingreifen soll. Im ACRO-Mode werden die Stabilize Werte gänzlich ignoriert.

Ein zu hoher Stabilize P führt zu einem leichten Schwingen nachdem man kurze starke Steuerbefehle gibt. Ist der Stabilize P zu niedrig, fühlt sich der Copter irgendwie "schwammig" in der Luft an. Man hat fast das Gefühl in Honig oder Butter zu fliegen. Der Copter reagiert schwerfällig und benötigt sehr große Steuereingaben mit den Hebeln.
Kurz unterhalb der Oberschwelle hat hängt der Copter wirklich sehr gut an den Knüppeln.

An dieser Stelle hat der Schalter für den Acro-Mode zumindest für das PID-Tuning wieder ausgedient.

weiter gehts mit Alt-Hold & Loiter im Teil 3 des APM-Tuning-Guide.
 

eisenmann

Neuer Benutzer
#2
Hallo Kornetto,
ich wollte mich jetzt mal ans PID tuning wagen. Ich habe einen Poti der Fernbedinung z.B. auf Altitude Hold KP gestellt. dann habe ich 50% vom default (1,0000) wert in Min und Max eingegeben also 0,5000 und 1,5000. Wenn ich jetzt den Poti drehe bekomme ich entweder nur den Min oder den Max Wert, ist das richtig so oder sollte er von min bis mach auch zwischenschritte machen? Wenn ja um wie viel wird da erhöht?

Lösung:
Also, hab das problem gefunden, es liegt daran das man die Potis erst im MissionPlanner calibriren muss. Danach kann man stufenllos die werte zwischen min. und max. einstellen. Mein Fernsteuerung ist übrigens die turnigy 9x.
 
Zuletzt bearbeitet:
#3
Als Wertebereich gebe ich mal 0.15 - 0.2 vor ....Die Ch6 Opt. setze ich auf CH6_RATE_KP um P für Roll und Pitch per Poti verändern zu können.
ja, hab ich gemacht. warum bitte kann ich nur min. oder max werte einstellen. stelle ich am poti von 0 - 50% unterschiedlich werte ein, erhalte ich nach refresh params immer 0.15 - auch wenn ich am poti nur 30% einstelle !?!
 

Drohne

Erfahrener Benutzer
#6
Hallo,
Ich sehe beim aktuellen APM Planer (1.2.92) bei "NAV WP" Werte (P und I), die in der Parameter- Liste als "WPNAV_RADIUS" und "WPNAV_SPEED" dargestellt werden.
Installiere ich die 1.2.50, stehen bei "NAV WP" alles Nullen drin.
Schwer für mich zu durchschauen. Oder sind einfach noch Fehler im MP. Gibt es einen bestimmen Planerstand, welchen man benutzen sollte?
 
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FPV1

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