Introduzione ai PID-Esempio pratico con MultiWii

Cosa sono i PID?

Introduzione Ai PID - Esempio Pratico Con MultiWii - ProjectEMS
In questo caso Wikipedia può venire in nostro aiuto:
“Il controllo Proporzionale-Integrale-Derivativo (talvolta tradotto anche con Proporzionale-Integrativo-Derivativo, dall’inglese Proportional-Integral-Derivative), comunemente abbreviato come PID, è un sistema in retroazione negativa ampiamente impiegato nei sistemi di controllo. È il sistema di controllo in retroazione di gran lunga più comune nell’industria, in particolare nella versione PI (senza azione derivativa).>>”

Il controllo Proporzionale-Integrale-Derivativo viene utilizzato anche nella maggior parte delle centraline di volo per multirotori per determinare le risposte del mezzo in volo.

Perché “settarli” correttamente?

Solo un corretto “settaggio” dei PID potrà far si che il nostro mezzo voli stabilmente, così come desideriamo.
Un buon “settaggio” dei PID è fondamentale per avere un volo “pulito” e lineare.

In alcuni casi, se i parametri PID sono eccessivamente “fuori posto” e “mal settati” è possibile che il mezzo non riesca neppure ad alzarsi in volo, e magari manifesti comportamenti inusuali e non aspettati: per esempio potrebbe ribaltarsi a pochi centimetri da terra.

A seconda del mezzo che decidiamo di costruire, a seconda della board, e a seconda dei parametri standard riportati sul suo software, il “settaggio” dei PID può richiedere più o meno tempo.

E’ inoltre utile specificare questo articolo viene scritto soprattutto per coloro che desiderano utilizzare soluzioni auto-costruite, o che comunque hanno costruito da se’ il proprio multirotore e desiderano approfondire l’argomento PID. Non è stato scritto per coloro che utilizzano soluzioni già pronte al volo, già settate e stabili.

Per me i PID sono un incubo. Posso non occuparmene affatto?

Esistono delle semplificazioni, ma la maggior parte delle centraline di volo con funzionalità avanzate hanno qualcosa di simile ai PID. Anche quelle DJI/Naza.
Quando parliamo di centraline come MultiWii e KK2.1.5 è necessario precisare che è quasi sempre obbligatorio dedicare del tempo al corretto “settaggio” dei PID.
Altre centraline come per esempio quelle APM-Like possiedono funzioni come l’auto tuning, ovvero funzioni che aiutano a trovare i PID corretti, o comunque aiutano ad avvicinarsi di molto ad essi.
Parlando di centraline DJI: è pur vero che in alcune centraline vendute dalla DJI questa parte appare molto semplificata, ma sappiate che in diversi casi anche in esse è necessario “settare” alcuni parametri, che non vengono chiamati PID, ma Gain/Advanced Parameters.

A questo riguardo riteniamo necessario specificare che quanto appena scritto è valido soprattutto per i multirotori auto-costruiti. Il discorso è diverso per i multirotori giocattolo e/o pronti al volo (RTF).
Difficilmente in un multirotore giocattolo o pronto al volo (RTF) è necessario “settare” questi parametri.
Nella maggior parte dei casi è il costruttore ad aver già completato tutti i “setting” necessari in anticipo.

PID-La parte pratica: settare i PID su MultiWii

Ci occuperemo in questo articolo dei PID riguardanti principalmente la Flight Mode ACRO e la Flight Mode ANGLE.
Procederemo cercando di spiegare le cose in maniera semplice ed accessibile. Forniremo in seguito alcuni link per poter approfondire l’argomento ed occuparsi di tutti gli altri “settaggi”.

La Flight Mode ACRO è la Flight Mode che utilizza solo i giroscopi. Per attivarla è necessario non selezionare alcuna Flight Mode.
La Flight Mode ANGLE è la Flight Mode che utilizza giroscopi + accelerometri. Per attivarla è necessario selezionare ANGLE.
Ai fini di questo articolo ci interesserà modificare i seguenti parametri.
Parametri - Introduzione Ai PID - Esempio Pratico Con MultiWii - ProjectEMS
La GUI utilizzata in questo articolo è scaricabile a questo link.
 
Prima di iniziare con i PID lavorate per avere un basso livello di vibrazioni sul vostro multicottero.
E’ infatti vero che un eccesso di vibrazioni non permette di avere un volo stabile nelle modalità ANGLE/BARO+ANGLE/modalità con posizionamento assistito da GPS.
Se desiderate volare nelle modalità prima menzionate, ricordatevi sempre di bilanciare eliche e motori.
Per approfondire l’argomento vibrazioni visitate questa pagina.
 
Il primo passo è quello di occuparsi dei PID riguardanti il ROLL ed il PITCH e di provare le risposte del mezzo in modalità ACRO.
Il secondo passo è quello di settare i PID riguardati la voce LEVEL e quindi di provare le risposte del mezzo in modalità ANGLE.
NB: E’ fondamentale avere esperienza di pilotaggio in ACRO. La modalità ACRO è diversa dal cosiddetto “autolivellamento”, modalità ANGLE.
 
Operate sempre in sicurezza, sopratutto durante la prima accensione del vostro mezzo. Verificate sempre che i motori girino tutti nella direzione prevista e che le eliche siano state montate correttamente.
Se durante i test il vostro mezzo ha reazioni improvvise, ribaltamenti, o simili: spegnetelo subito. Controllate l’orientamento dei motori, delle eliche, della board, ed i setting del vostro RC. Dopodiché ritornate ai valori PID ed assicuratevi che non siano eccessivi.


Una nota molto importante per i quad di dimensione 250 o inferiori: i PID standard suggeriti dal software multiWii appena caricato, spesso, sono troppo alti per quad di queste dimensioni. Se il vostro quad 250 si ribalta spesso durante le fasi di test e non riuscite a trovare i valori PID corretti, provate ad ridurre di molto sia P, che D che I, dopodiché riprendete i test.
 

P: proporzionale

P (Proporzionale) = a volte viene chiamato Gain, ed è la potenza con la quale avverrà la compensazione. Più è alto e più la centralina di volo invierà degli input ai motori per cercare di correggere l’assetto del mezzo.
Per avere un mezzo molto stabile è importante che sia il più alto possibile. Ma non eccessivamente alto.
Se è eccessivamente alto può causare oscillazioni del mezzo. Ed in casi estremi queste oscillazioni possono portare il mezzo ad essere completamente incontrollabile.
Il nostro consiglio è quello di lavorare prima di tutto su questo parametro, cercando di alzarlo o abbassarlo a step di 0.5 unità per volta, così da trovare un valore soddisfacente.
Una volta trovato un valore soddisfacente, sarà possibile fare dei piccoli aggiustamenti alzandolo o abbassandolo di valori minori di 0.5 unità per volta.
 

D: derivativo

D (Derivativo) = influenza la velocità con il quale avviene la compensazione. Viene particolarmente evidenziato nei passaggi dal volo veloce all’hovering e durante i cambi di assetto rapidi.
In diversi casi viene aumentato/diminuito proporzionalmente al parametro P.
Ottimizzatelo solo dopo aver finito di settare la P. Provate a volare, volate cambiando assetto. Il mezzo deve essere in grado di tornare in assetto velocemente, senza oscillazioni. Se rimbalza un po’ od oscilla, alzate/abbassate il D finché l’oscillazione non viene smorzata efficacemente.
Se volete comprendere meglio come funziona questo parametro potete provare ad “esagerare” i cambiamenti di esso, salendo “troppo” in alto e scendendo “troppo” in basso.
Una volta compreso questo sarà più facile “settarlo” correttamente.
 

I: Integrale

I (Integrale) = influenza durata e persistenza con le quali vengono compensate le variazioni. Il parametro I determina per quanto il mezzo tenderà a mantenere l’inclinazione desiderata. Più sarà alto, più il mezzo tenderà a rimanere nella posizione impartita dal pilota.
Deve essere modificato facendo piccole step. In genere salendo di 0,05 unità per volta.
E’ necessario assicurarsi che la sua modifica non induca il mezzo ad oscillazioni ad alta frequenza.
Più è alto, più eventuali correzioni in caso di disturbo esterno saranno mantenute. Un disturbo esterno può essere ad esempio una folata di vento.
 

PID Level

Il passo successivo è quello di occuparsi dei PID del level. Ovvero il set di PID che andrà ad influenzare il comportamento del mezzo in modalità ANGLE.
Trovare i giusti valori di PID a questo riguardo ci aiuterà ad avere una modalità ANGLE più stabile, precisa e controllabile.
 
Per questo tuning è importante sapere quanto segue:

  • – Il parametro P è il parametro dominante. Sarà quello sul quale sarà necessario agire prima di tutto;
  • – Il parametro I determina quanta forza deve essere applicata se l’inclinazione, rispetto al volo “livellato”, persiste;
  • – Il parametro D viene usato per bloccare la correzione massima riguardante questa modalità.

E se volessi approfondire?

E’ evidente come questa sia solo un introduzione all’argomento. Argomento vasto ed a volte apparentemente complicato.
Se state utilizzando una centralina di volo MultiWii vi consigliamo di approfondire l’argomento sul sito ufficiale, a questa pagina.

Se state utilizzando una centrlina di volo ArduCopter vi consigliamo di approfondire l’argomento sulla WIki ufficiale, a questa pagina.

Se invece quello che vi interessa è la teoria dei PID, vi consigliamo queste due pagine:

Quale risultati posso ottenere con un mezzo che ha i PID correttamente settati?

Il primo risultato visibile è un volo pulito, stabile e con le risposte che desideriamo. E non è solo visibile, pilotando il mezzo si avrà la sensazione di avere il controllo su di esso.
Ripeto, questo a patto che tutti i PID siano impostati correttamente.
 
Inoltre dei PID correttamente settati faranno si che in modalità più avanzate, come quelle che usano sia GPS che BAROMETRO, il nostro mezzo manifesti comportamenti particolarmente stabili.
 
Noi lavoriamo soprattutto con mezzi che utilizzano centraline di volo APM-Like. Ed ad essi, settiamo i PID personalmente. Vi mostriamo la stabilità dei nostri mezzi in LOITER, ovvero la modalità di volo che usa accelerometri, giroscopi, barometro e GPS per mantenere altezza e posizione.
La stabilità dei mezzi mostrati nel video è il risultato di diversi fattori, tra cui un corretto settaggio dei PID

 

Banner Videocorso Gratuito Lavoro con i Droni