Настройка PID по blackbox: лечи причину, а не симптом

Квадрик перелетает после флипа. Форумный рецепт — «убавь P» или «добавь D». Беда в том, что одинаковый перелёт бывает от трёх разных причин, и две из них лечатся противоположно. Если перелёт даёт feedforward, снижение P его только усилит. Если контуру не хватает демпфирования, снижение FF ничего не изменит. Лог отвечает, какой это случай, если знать, куда смотреть.

Ниже — как bbdoctor строит и читает отклик PID, по каким признакам он разделяет причины и что получилось на шести реальных логах от Betaflight 3.1.5 до 2026.6.

Порядок: механика → шум → PID

1. Механика. Целые пропы, моторы без люфта, затянутая рама, батарея не болтается. Погнутый проп никакой PID не вылечит.
2. Шум и фильтры. RPM-фильтр (bidirectional DShot), разумные фильтры, холодные моторы после полёта. Подробно — в гайде шум и фильтры.
3. PID. Сначала roll и pitch (P/D и feedforward), потом I, TPA и anti-gravity.

Почему именно так: D — это производная гироскопа, а производная усиливает высокочастотный шум и отправляет его прямо в моторы. Поэтому bbdoctor не предлагает поднимать D, если в том же логе на моторах больше 2.5% ВЧ-шума от диапазона, шум в PID идёт в основном от D-term или сырой шум гироскопа выше 80 Гц доходит до 10 °/с. В случае с 4.2.5 ниже контуру не хватало D, но сырой шум гироскопа 35.8 °/с превратил совет в P −10% (p_roll 42 → 38) и сначала механику.

Какой лог нужен

• ACRO. 30–60 секунд резких роллов и флипов по каждой оси с возвратом стика в центр. В ANGLE и HORIZON у Betaflight и INAV setpoint — это выход контура угла, а не твой стик. Если больше половины полёта прошло с самовыравниванием, отклик не считается. У ArduPilot и PX4 иначе: они пишут цель регулятора скорости (RATE.RDes, vehicle_rates_setpoint), и отклик честный в любом режиме.
• Частота записи. Отклик считается от 200 Гц, но рабочий минимум — 1 кГц. Ниже 500 Гц bbdoctor не меряет, насколько реально растёт D, а вердикт о раскачке не поднимает выше «info».
• Сколько манёвров. Анализ режет полёт на секундные окна с шагом 1/8 с и берёт те, где стик дал хотя бы 20 °/с. Для любого вывода по оси нужно минимум 10 пригодных окон, и не меньше четверти от всех. Для «критично» и для разбора причин — 50. Окна перекрываются, так что 65 окон — это примерно 8 секунд активного полёта.
• Поле setpoint должно писаться. Как всё это выставить — в гайде настройка blackbox.

Как читать step response

Step response — ответ на вопрос: как квадрик повернулся бы, если бы ты мгновенно дёрнул стик на заданную скорость. Кривая нормирована: 1.0 — заданная скорость вращения. Хорошая кривая быстро поднимается, чуть проскакивает 1.0 и сразу ложится.

Перелёт

Насколько пик выше 1.0. До 15% — норма. Каждая оценка идёт с 90-процентным интервалом, и вердикт строится по нему, а не по одному числу:

• warn — нижняя граница интервала выше 15%, crit — выше 35% (и окон не меньше 50);
• в норме — оценка до 15%, а верх интервала до 25%;
• на границе — оценка чуть выше 15%, интервал узкий. Менять пока нечего, сравни со следующим логом;
• оценка неуверенная — интервал шире 15 пунктов. По этому логу нельзя сказать, в норме ли отклик: нужны ещё 5–6 манёвров по оси.

Демпфирование ζ

bbdoctor подгоняет к кривой модель колебательного звена и берёт её коэффициент демпфирования ζ. Он говорит, сколько перелёта даёт сам контур P/D:

Раскачку bbdoctor называет, только когда согласны оба признака: ζ не выше 0.5 и провал ниже цели после пика от 4% (с вероятностью 90% не меньше 2%). Warn — при ζ до 0.40 или провале от 15%. Если модель легла на кривую плохо, ζ в отчёт не выводится, и судят только по провалу, не выше «info». Частота качания ниже 6 Гц у 5-дюймовика указывает скорее на I-term или тяжёлый аппарат, чем на D.

Скорость

• t50 — время до половины заданной скорости. У отзывчивых логов в этом гайде 7–12 мс.
• Задержка «setpoint → вращение» — от изменения setpoint до пика реакции, весь контур целиком: PID, FF, фильтры, моторы, пропы. Норма с feedforward — 4–12 мс, без него — до 15 мс. От 20 мс ось считается медленной, и снижать на ней P bbdoctor не советует. Путь от пульта до setpoint идёт сверху (на логе GEPRC ниже — ещё 12 мс).

Как строится кривая

Стик никто не дёргает идеальными ступеньками, поэтому отклик восстанавливается обратным счётом (деконволюцией). Для каждого секундного окна решается задача: какая реакция на мгновенную ступеньку дала бы этот гироскоп при этом стике. Подвохов два.

• Высокие частоты. Выше ~25 Гц в движениях стика энергии нет, и деконволюция там считает только шум. PID-Analyzer режет их крутой отсечкой около 25 Гц, но крутая отсечка сама рисует рябь (эффект Гиббса) — около 10% перелёта даже у отклика, где его нет. bbdoctor подавляет всё выше 80 Гц и сглаживает отклик гауссом на 30 Гц: у гаусса нет отрицательных лепестков, и ложного горба он не рисует.
• Погрешность метода. Окно и сглаживание всё равно оставляют небольшой горб. Поэтому тот же расчёт делается для идеального отклика — setpoint, сдвинутого на ту же задержку t50. Его перелёт (на наших логах 1–5%) вычитается из результата. Проверка на синтетике: чистая задержка даёт 0%, звено с ζ 0.5 — 15% при истинных 16%.

Дальше берётся медиана по окнам, а интервал строится бутстрэпом: 200 случайных пересборок набора окон. Поэтому в отчёте пишется «47% (90%: 44–53%)», а не голое число. Если сравниваешь с другими программами, учитывай это: 10% «перелёта» в инструменте с крутой отсечкой могут оказаться артефактом.

Один перелёт — три причины

Ещё три картины, которые bbdoctor проверяет отдельно:

• перелёт растёт на высоком газе — это TPA, см. TPA и anti-gravity;
• плавные движения перелетают сильнее резких — базового D мало, а буст включается только на резких движениях, см. D Max и D Min;
• резкие движения перелетают сильнее плавных — буст feedforward, см. feedforward и RC smoothing.

Пять реальных случаев

Эталон: 2% при ζ 0.73

Лог plasmatree_good_tune, Betaflight 3.1.5 — эталон хорошей настройки среди логов, на которых калибровались пороги bbdoctor. Roll 2% (90%: 1–3%), pitch 5%, yaw без перелёта. ζ по roll 0.73, провала нет, t50 9 мс, задержка «setpoint → вращение» 10 мс. Коэффициенты P 19, I 12, D 18 на 4.x не переноси: фильтры, D и feedforward там работают иначе.

Заводская настройка 3.1.5: 87% от веса setpoint

Лог 18_stock_tune, 7.9 кГц. Roll 87% (79–93%), pitch 65%. В 3.x setpoint в лог не пишется, его восстанавливают по стикам и рейтам. На самых резких движениях гироскоп обгоняет задание, а контур без толчка от стика так не умеет. Значит, толкает dterm_setpoint_weight = 190, который в 3.x работает вместо feedforward. Совет — 190 → 100, одна настройка на все оси. По roll ещё и качание (ζ 0.36), но D здесь — только следующий шаг: d_roll 20 → 23, если качание останется.

3,5-дюймовик на 4.5.2: 47%, из них почти всё — FF

Лог vx35_18-23. Roll 47% (44–53%), t50 7 мс. Feedforward делает 60% работы, ошибка слежения на самых резких движениях почти нулевая. ζ 0.62 — такой контур сам дал бы около 9% перелёта, остальное добавил FF. По pitch 27%, и FF там тоже делает 59% работы. Совет — только FF:

set f_roll = 102
set f_pitch = 106
set simplified_pids_mode = OFF
save

Последняя строка нужна потому, что PID в этом логе уже не совпадают со слайдерами, и Configurator при сохранении их бы перезаписал. Ещё одна деталь: буст D поднимается только до ×1.15 из настроенных ×1.67, то есть летает квадрик в основном на d_min_roll = 30, а не на 50.

Betaflight 2026.6: 35% от самого контура

Лог GEPRC F405 записан на 247 Гц. Roll 35% (33–38%). FF делает только 29% работы, и квадрик не обгоняет стик — это не feedforward. После пика отклик проваливается на 5% ниже цели и качается с частотой ~9 Гц, ζ 0.49 (вероятно 0.42–0.50). Pitch выглядит так же (ζ 0.50), поэтому совет один на обе оси — поднять базовый D на 15%:

set d_roll = 39
set d_max_roll = 46
set d_pitch = 53
set d_max_pitch = 63
set simplified_pids_mode = OFF
save

P здесь снижать нельзя: задержка по roll и так 24 мс, по pitch 28 мс, и ещё ~12 мс сверху добавляет пульт на 50 пакетов в секунду, пока стик доходит до setpoint. Шум D на 247 Гц в логе не виден, поэтому после первого полёта на 1–2 минуты потрогай моторы.

Betaflight 4.2.5: плавные движения 32%, резкие 1%

Лог v0002, 2 кГц. Roll 23% от контура. Если разделить окна по величине движения, плавные (до 101 °/с) перелетают на 32%, резкие (от 800 °/с) — на 1%. По логу видно, что на резких движениях D доходит до потолка ×1.52 (d_min_roll 23 → d_roll 35), а плавные летят на базовых 23. Классическое лечение — поднять базовый D. Но здесь шумит гироскоп (см. первый раздел), поэтому совет — P −10%.

P, I и D по отдельности

• P — жёсткость. Мало D для такого P — перелёт и качание. Мало P — ватный отклик, большая задержка, квадрик хуже держит курс на пропвоше. Снижай P против перелёта, только если причина — контур, а ось не медленная.
• I — удерживает против постоянных сил: смещённый центр тяжести, ветер, длинные манёвры. Слишком большой I относительно P даёт медленную раскачку 1.5–10 Гц в спокойном полёте. bbdoctor ищет узкий пик в ошибке слежения при стике в пределах ±40 °/с и проверяет, ведёт ли его I-term: связь с ошибкой от 0.5 и I/P на этой частоте от 1. Тогда совет — I −15%. Не ведёт — это люфты (батарея, мачта GPS) или ветер, и коэффициенты не трогай. Если I подолгу упирается в свой предел (проверяется с 2025.12), что-то постоянно тянет квадрик: центр тяжести, перекошенный мотор или проп. Отскок после флипов — тоже часто I, см. отскок после флипов.
• D — демпфирование и главный источник нагрева моторов. bbdoctor меряет, какой D реально работает в полёте, а не только настроенный. Базовый D и буст разобраны в гайде D Max и D Min.

Roll и pitch отвечают по-разному

На том же логе VX3.5 задержка по roll 3.8 мс (90%: 2.9–5.0), по pitch 9.5 мс (8.5–10.6). Интервалы не пересекаются — разница настоящая. Объяснение в коэффициентах: P по pitch 42, по roll 59. Когда P отстающей оси ниже 85% от быстрой, bbdoctor говорит, что этого одного хватает. Совет — сначала доделать шаги по перелёту, а потом скорее опустить P по roll к ~50, чем поднимать pitch, который и так перелетает. Если разницы в P нет, частая причина — развесовка: батарея далеко от центра увеличивает инерцию по pitch.

Имена D по версиям и ловушка слайдеров

Один и тот же совет «подними d_roll» на 2025.12 поднимет базовый D, а на 4.5 — только потолок, до которого квадрик может почти не доходить. Подробно — в гайде D Max и D Min. Пример для 4.5 (базовый 30, потолок 50), +10% демпфирования по roll:

set d_min_roll = 33
set d_roll = 55
set simplified_pids_mode = OFF
save

Слайдеры. Пока simplified_pids_mode не OFF, Configurator при сохранении пересчитает PID из слайдеров и затрёт ручные правки. И никогда не делай simplified_tuning apply поверх ручной настройки: он заново посчитает PID из множителей слайдеров к заводским значениям.

INAV, ArduPilot, PX4

• INAV: mc_p_roll, mc_i_roll, mc_d_roll, mc_cd_roll (CD — это feedforward), то же для pitch и yaw. TPA — tpa_rate и tpa_breakpoint. Подробно — разбор логов INAV.
• ArduPilot: ATC_RAT_RLL_P/_I/_D/_FF, то же для PIT и YAW. Для ArduCopter начни со встроенного AUTOTUNE, лог — для проверки результата. Нужна быстрая запись (бит ATTITUDE_FAST в LOG_BITMASK). Подробнее — логи ArduPilot.
• PX4: MC_ROLLRATE_P/_I/_D/_FF. MC_ROLLRATE_K умножает P, I и D разом — учитывай его, когда сравниваешь числа. Автотюн: MC_AT_EN = 1, запуск — из QGroundControl (PID Tuning). Для лога включи бит High rate в SDLOG_PROFILE. См. разбор ULog.

Безопасность

• Сидишь в CLI с подключённой батареей — пропы сняты.
• Одно изменение за полёт, шаг 10–15%. Иначе не поймёшь, что сработало.
• Первый полёт после правки — короткий и невысоко, палец на дизарме.
• После минуты полёта потрогай моторы. Заметно теплее — верни как было.
• Не гоняйся за нулём: 5–12% перелёта с ровной полкой после пика — хорошая настройка, а не проблема.
• Если болтает именно на сбросе газа — это отдельная история, см. пропвош.

Проверить свой лог

Загрузи лог в bbdoctor — бесплатно. Отчёт покажет перелёт с интервалом по каждой оси, ζ и провал, долю feedforward в работе, задержку, разницу между осями и команды CLI от твоих текущих значений с правильными именами для версии. Как выглядит такой отчёт — в демо-отчёте, а настройки без полёта можно проверить по diff all на странице проверки конфига.

Обновлено: 2026-10-22