Налаштування PID у Betaflight за Blackbox: усунь причину, а не симптом

Квадрокоптер перелітає задане значення після фліпу. На форумі радять «зменшити P» або «додати D». Але в одного й того самого перерегулювання може бути три причини, і для двох із них потрібні протилежні виправлення. Якщо винен feedforward, зменшення P погіршить ситуацію. Якщо контуру бракує демпфування, зменшення FF нічого не змінить. Журнал покаже, який саме випадок у тебе. Нижче — як bbdoctor аналізує журнали; висновки перевірено на шести реальних записах від Betaflight 3.1.5 до 2026.6.

Порядок роботи: механіка → шуми → PID

1. Механіка. Справні пропелери, мотори без люфту, жорстка рама, акумулятор, що не зсувається. PID не виправить погнутий пропелер.
2. Шуми й фільтри. RPM-фільтр (двонапрямний DShot), розумне фільтрування, мотори після польоту мають бути прохолодними. Дивись посібник із шумів і фільтрів.
3. PID. Спершу roll і pitch (P/D та feedforward), потім I, TPA й anti-gravity.

Чому: D — це похідна гіроскопа, тож воно підсилює високочастотний шум і передає його прямо на мотори. bbdoctor не радитиме збільшувати D, якщо високочастотний шум моторів перевищує 2,5% діапазону моторів, якщо шум PID переважно походить від D-term або якщо сирий шум гіроскопа вище 80 Гц сягає 10 град/с. У випадку 4.2.5 нижче контуру справді бракувало D, але сирий шум гіроскопа 35,8 град/с змінив рекомендацію на P −10% (p_roll 42 → 38) і перевірку механіки в першу чергу.

Який журнал потрібен

• ACRO. 30–60 секунд різких перекладок і фліпів по кожній осі з поверненням стика в центр. У режимах ANGLE і HORIZON у Betaflight та INAV задане значення надходить від контуру кута, а не від стика; якщо понад половину польоту проведено в режимі самовирівнювання, відгук не обчислюється. ArduPilot і PX4 записують ціль регулятора кутової швидкості (RATE.RDes, vehicle_rates_setpoint), тому відгук придатний у будь-якому режимі.
• Частота запису. Перехідна характеристика працює від 200 Гц; практичний мінімум — 1 кГц. Нижче 500 Гц bbdoctor не може виміряти, наскільки насправді зростає D, і обмежує висновок про коливання рівнем «інформація».
• Кількість рухів. Політ ділиться на вікна тривалістю 1 секунда з кроком 1/8 секунди; залишаються вікна, де стик задавав щонайменше 20 град/с. Для висновку по осі потрібно 10 придатних вікон (і щонайменше чверть від усіх); для висновку «критично» й аналізу причини потрібно 50. Вікна перекриваються, тож 65 вікон — це приблизно 8 секунд активного польоту.
• Записуй поле заданого значення; подробиці налаштування — у посібнику з налаштування Blackbox.

Як читати перехідну характеристику

Перехідна характеристика показує, як повертався б квадрокоптер, якби ти миттєво задав стиком певну кутову швидкість. 1,0 — це задана швидкість. Хороша крива швидко зростає, трохи перевищує 1,0 і відразу стабілізується.

Перерегулювання

Наскільки пік перевищує 1,0; до 15% — це нормально. У висновку використовується 90-відсотковий інтервал, а не одне число:

• попередження, якщо нижня межа перевищує 15%; критично, якщо понад 35% (за наявності щонайменше 50 вікон);
• добре, якщо оцінка не перевищує 15%, а верхня межа — 25%;
• на межі, якщо оцінка трохи перевищує 15%, але інтервал вузький: поки нічого не змінюй, порівняй із наступним журналом;
• невизначено, якщо ширина інтервалу перевищує 15 пунктів: наступного разу додай на цій осі ще 5–6 рухів.

Демпфування ζ

bbdoctor підбирає до кривої модель другого порядку й обчислює коефіцієнт демпфування ζ. Він показує, наскільки перерегулювання створює сам контур P/D:

bbdoctor позначає коливання, лише коли збігаються дві ознаки: ζ не більше 0,5 і просідання нижче цілі щонайменше на 4% (щонайменше на 2% із 90-відсотковою впевненістю). Це попередження за ζ до 0,40 або просідання на 15% чи більше. Якщо модель погано відповідає даним, ζ не показується, а висновок ґрунтується лише на просіданні й має рівень не вище «інформація». Коливання нижче 6 Гц на 5-дюймовому апараті радше вказують на I-term або важкий коптер, а не на D.

Швидкість

• t50 — час до половини заданої швидкості: 7–12 мс у чутливих журналах із цього посібника.
• Затримка від заданого значення до повороту — час від зміни заданого значення до піка реакції через увесь контур: PID, FF, фільтри, мотори й пропелери. Норма з feedforward — 4–12 мс, без нього — до 15 мс. Від 20 мс вісь вважається повільною, і bbdoctor не радитиме зменшувати для неї P. Затримка радіоканалу додається зверху (12 мс у прикладі GEPRC нижче).

Як будується крива

Ніхто не рухає стик ідеальними ступенями, тому відгук відновлюється зворотним розрахунком (деконволюцією): яка реакція на миттєвий ступінчастий сигнал перетворила б рух стика в цьому 1-секундному вікні на цей графік гіроскопа? Є дві пастки:

• Високі частоти. Вище приблизно 25 Гц рухи стика не містять енергії, тож деконволюція там обчислює лише шум. PID-Analyzer відсікає ці частоти крутим фільтром близько 25 Гц, але крутий зріз сам створює пульсацію (ефект Гіббса): приблизно 10% перерегулювання навіть у відгуку, де його немає. bbdoctor пригнічує все вище 80 Гц і згладжує гаусовим фільтром 30 Гц, який не має від’ємних пелюсток і не створює штучного виступу.
• Власне зміщення методу. Віконна обробка й згладжування все одно залишають невеликий виступ, тому той самий розрахунок виконується для ідеального відгуку, задане значення затримується на той самий t50, а отримане перерегулювання (1–5% у наших журналах) віднімається. На синтетичних даних чиста затримка дає 0%, а система з ζ = 0,5 — 15% за справжнього значення 16%.

Крива — це медіана за вікнами; інтервал отримано бутстрепом (200 випадкових перемішувань вікон), звідси запис у звіті «47% (90%: 44–53%)». Отже, 10% «перерегулювання» в інструменті з крутим зрізом можуть бути лише артефактом.

Одне перерегулювання — три причини

Ще три характерні випадки, перевірені окремо:

• перерегулювання зростає на високому газі: це TPA, дивись TPA й anti-gravity;
• на плавних рухах перерегулювання сильніше, ніж на різких: базового D замало, підсилення працює лише на різких рухах; дивись D Max проти D Min;
• на різких рухах перерегулювання сильніше, ніж на плавних: підсилення feedforward; дивись feedforward і згладжування RC.

П’ять реальних випадків

Еталон: 2% за ζ = 0,73

Журнал plasmatree_good_tune (Betaflight 3.1.5) — еталонне добре налаштування серед журналів, на яких калібрували пороги bbdoctor. Roll — 2% (90%: 1–3%), pitch — 5%, на yaw перерегулювання немає. Для roll ζ = 0,73, просідання немає, t50 — 9 мс, затримка від заданого значення до повороту — 10 мс. Не копіюй його P 19, I 12, D 18 у 4.x: там інакше працюють фільтри, D і feedforward.

Заводське налаштування 3.1.5: 87% через вагу заданого значення

Журнал 18_stock_tune, 7,9 кГц. Roll — 87% (79–93%), pitch — 65%. У 3.x задане значення не записується, тому його відновлено зі стиків і швидкостей. На найрізкіших рухах гіроскоп випереджає задане значення; контур без поштовху від стика так не може, отже поштовх дає dterm_setpoint_weight = 190 — еквівалент feedforward у 3.x. Рекомендація: 190 → 100, одне значення для всіх осей. На roll також є коливання (ζ = 0,36), але D тут лише наступний крок: d_roll 20 → 23, якщо коливання залишаться.

3,5-дюймовий коптер на 4.5.2: 47%, майже все від FF

Журнал vx35_18-23. Roll — 47% (44–53%), t50 — 7 мс. Feedforward виконує 60% роботи, а на найрізкіших рухах помилка стеження майже нульова. За ζ = 0,62 сам контур дав би приблизно 9% перерегулювання; решту додає FF. Pitch: 27%, частка FF — 59%. Рекомендація змінює лише FF:

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

Рядок із повзунками потрібен, бо PID у цьому журналі вже не відповідають положенням повзунків і під час збереження були б перезаписані. Крім того, підсилення D зростає лише до ×1,15 від заданого ×1,67, тож коптер переважно літає на d_min_roll = 30, а не на 50.

Betaflight 2026.6: 35% від самого контуру

Журнал GEPRC F405 записаний на частоті 247 Гц. Roll — 35% (33–38%). FF виконує лише 29% роботи, і коптер не випереджає стик, тож причина не у feedforward. Після піка відгук просідає на 5% нижче цілі й коливається на частоті ~9 Гц, ζ = 0,49 (імовірно 0,42–0,50). Pitch поводиться так само (ζ = 0,50), тож для обох осей одне виправлення: базове D +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

Зменшувати P не можна: roll уже має затримку 24 мс, pitch — 28 мс, плюс ~12 мс через радіоканал 50 пакетів/с, перш ніж команда від стика досягне заданого значення. На частоті 247 Гц журнал не показує шум D, тож після першого польоту тривалістю 1–2 хвилини перевір мотори на дотик.

Betaflight 4.2.5: 32% на плавних рухах, 1% на різких

Журнал v0002, 2 кГц. Roll — 23%, причина — контур. Якщо розділити за величиною руху стика, на плавних рухах (до 101 град/с) перерегулювання становить 32%, на різких (від 800 град/с) — 1%. На різких рухах D досягає верхньої межі ×1,52 (d_min_roll 23 → d_roll 35), а плавні рухи виконуються з базовим значенням 23. Теоретично треба збільшити базове D, але гіроскоп шумить (дивись перший розділ), тому рекомендація — P −10%.

P, I та D окремо

• P відповідає за жорсткість. Якщо для твого P замало D, виникають перерегулювання й коливання; якщо замало P — відгук млявий, затримка довга, а коптер гірше тримає траєкторію в турбулентності від пропелерів. Зменшуй P через перерегулювання лише тоді, коли причина в контурі, а вісь не повільна.
• I утримує коптер проти сталих сил: зміщеного центру ваги, вітру, тривалих маневрів. Надмірний I відносно P створює повільне хитання на 1,5–10 Гц у спокійному польоті. bbdoctor шукає вузький пік помилки стеження, коли стик у межах ±40 град/с, і перевіряє, чи спричиняє його I-term (когерентність із помилкою ≥ 0,5, I/P на цій частоті ≥ 1); тоді рекомендується I −15%. В іншому разі причина — люфт (ремінець акумулятора, щогла GPS) або вітер, тож коефіцієнти підсилення не змінюються. Якщо I довго впирається в межу (перевіряється у 2025.12+), щось постійно тягне коптер: центр ваги, нахилений мотор або пропелер. Відскок після фліпів теж часто спричиняє I; дивись відскок після фліпів.
• D відповідає за демпфування і найчастіше нагріває мотори. bbdoctor вимірює D, яке реально працює в польоті, а не лише задане в налаштуваннях. Базове D і підсилення: D Max проти D Min.

Якщо roll і pitch реагують по-різному

У тому самому журналі VX3.5 затримка roll — 3,8 мс (90%: 2,9–5,0), а pitch — 9,5 мс (8,5–10,6). Інтервали не перекриваються, отже різниця реальна, і її пояснюють коефіцієнти: P для pitch — 42, для roll — 59. Якщо P повільнішої осі нижче 85% від швидшої, bbdoctor вважає, що цього достатньо для пояснення різниці. Спершу заверши налаштування перерегулювання, а потім зменш P для roll приблизно до 50, замість того щоб збільшувати pitch, де вже є перерегулювання. Якщо різниці P немає, поширена причина — розподіл ваги: акумулятор далеко від центру збільшує інерцію pitch.

Назви D у різних версіях і пастка повзунків

Та сама рекомендація «збільшити d_roll» у 2025.12 збільшує базове D, а в 4.5 — лише верхню межу, якої коптер може майже не досягати. Приклад для 4.5 (базове 30, межа 50), збільшення демпфування roll на 10%:

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

Повзунки. Поки simplified_pids_mode має значення ON, Configurator під час збереження перераховує PID за повзунками й стирає ручні зміни. Ніколи не запускай simplified_tuning apply поверх ручного налаштування: ця команда перебудовує PID за множниками повзунків і стандартними початковими значеннями.

INAV, ArduPilot, PX4

• INAV: mc_p_roll, mc_i_roll, mc_d_roll, mc_cd_roll (CD — feedforward), а також відповідні параметри для pitch і yaw. TPA — це tpa_rate і tpa_breakpoint. Докладніше — аналіз Blackbox в INAV.
• ArduPilot: ATC_RAT_RLL_P/_I/_D/_FF, а також відповідні параметри для PIT і YAW. В ArduCopter почни з вбудованого AUTOTUNE, а потім перевір результат за журналом. Потрібен швидкий запис (біт ATTITUDE_FAST у LOG_BITMASK). Докладніше — аналіз журналів ArduPilot.
• PX4: MC_ROLLRATE_P/_I/_D/_FF. MC_ROLLRATE_K одночасно множить P, I та D, тож врахуй його. Автоналаштування: задай MC_AT_EN = 1, потім запусти його в QGroundControl (PID Tuning). Записуй журнал із бітом High rate у SDLOG_PROFILE. Дивись аналіз PX4 ULog.

Безпека

• Знімай пропелери, коли працюєш у CLI з під’єднаним акумулятором.
• За один політ змінюй один параметр на 10–15%, інакше не зрозумієш, що спрацювало.
• Перший політ після зміни зроби коротким і низьким, тримаючи палець напоготові на вимикачі двигунів.
• За хвилину польоту торкнись моторів. Якщо вони явно тепліші — поверни попереднє значення.
• Не намагайся звести перерегулювання до нуля: 5–12% і рівна лінія після піка — це добре налаштований коптер, а не проблема.
• Тремтіння під час скидання газу — окрема проблема: дивись турбулентність від пропелерів.

Перевір власний журнал

Безкоштовно завантаж журнал у bbdoctor. У звіті будуть перерегулювання по кожній осі з інтервалом, ζ, просідання, частка роботи FF, затримка й різниця між осями, а також команди CLI, сформовані з поточних значень і з правильними назвами для твоєї версії. Переглянь приклад звіту, а налаштування можна перевірити без польоту за допомогою diff all на сторінці перевірки конфігурації.

Оновлено: 2026-10-22