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Die "P" "I" "D" Regelung, das unbekannte Wesen.Bearbeiten

Kurze Erklärung zum Einstieg in die Selbstlernphase:

Die PID Regelung ist eine, in der Technik seit langem bekannte Art, unbekannte Zustände technischer Apparate, praxisnah zu Reglen! Durch ausprobieren und schätzen, da man die Zustände eben nicht kennt!
Es handelt sich um eine Art der "Schwingungsgegenregelung". Keine Ahnung wie man das sinnvoller hinschreibt, damit alle ne Ahnung bekommen was das Zeug macht.u

Diese Regelung setzt sich aus 3 Parametern zusammen eben: P, I und D. (Wikipedia-> PID-Controller)- hier ist der englische Artikel besser als der Deutsche.

1. Macht Euch von der Erwartung frei, daß es die "richtige" Einstellung gibt - gibt es NICHT! Jeder muß hier selber ran.

Das liegt unter anderem an:
a) der Steifigkeit des Rahmens
b) der Eigenschaften der Motoren (Auf-/Abregelgeschwindigkeit)
c) damit in Zusammenhang, der Masse der Motoren und insbesondere der Propeller (google-> Trägheitsmoment )
d) der Regelgeschwindigkeit der Motorregler -> (Stichwort: Quax-Software) die MultiWii-Software arbeitet mit 490Hz zum Regler (Stand MultiWii 1.6 final)
e) der verwendeten Sensoren (original oder Clone, Wii oder Breakoutboards z.B.: von Sparkfun)
f) der Schwingungsdämpfung vorgenannter Sensoren (Montage und interne Signalverarbeitung)
g) der Güte des Auswuchtens der Motoren und Propeller
h) der Leistungswilligkeit des Akkus
i) des Schub zu Gewichts Verhältnises
j) den Hebelverhältnissen am Copter (Armlänge, Höhe des Schwerpunktes, ..)
k) ..... und noch so ca. 1000 andere Gründe

2. Satz eins noch einmal lesen und verinnerlichen.

PID-Steuerung für Multicopter

P:

P ist die Korrekturkraft die den Copter wieder in seine Ausgangsposition bringt. Um so höher der P-Wert desto höher ist die Kraft mit der der Copter wieder in seine Ausgangsposition will.

Erhöhung des P-Wertes:
Der Copter ist immer stabil bis der P-Wert zu hoch ist, dann beginnt der Copter zu schwingen und man beginnt die Kontrolle zu verlieren.

Senkung des P-Wertes:
Wird der P-Wert zu weit gesenkt gerät der Copter ebenfalls außer Kontrolle

I:

I ist der Zeitraum, bei dem die Winkeländerung abgetastet und gemittelt wird. Die Höhe der Kraft, die benötigt wird um zur Ausgangsposition zurück zu kehren wird erhöht je länger die Abweichung besteht bis die maximale Kraft erreicht wird.

Erhöhung des I-Wertes:
Wird der I-Wert erhöht, erhöht man die Möglichkeit die Ausgansposition zu halten und Drifts werden reduziert. Ebenso steigt die Verzögerung für die Rückkehr in die Ausgansposition

Senkung des I-Wertes:
Die Reaktion auf Veränderung wird verbessert, der Drift wird erhöht und die Fähigkeit die Position zu halten wird reduziert.

D:

D ist die Geschwindigkeit mit der der Copter in seine ursprüngliche Position zurückkehren will. Der Wert bei D ist ein Negativwert!

Erhöhung des D-Wertes:
Hier wird die Geschwindigkeit erhöht mit der der Copter in seine Ausgangsposition zurück will. Mit Erhöhung des D-Wertes steigt die Wahrscheinlichkeit des Aufschwingens. Dies spielt auch mit der Wirkung des P-Wertes zusammen.

Senkung des D-Wertes:
Reduziert die Geschwindigkeit mit der der Copter in seine Ausgangsposition zurück will.


DuaL-Rate und Expo

RC-Rate = DualRate Die Wege die die Servos (hier Regler) maximal machen. Stellt man wie bei anderen Modellen im Sender ein. Stellt man auf 0.5, hat man einen maximalen Ausschlag von 50%. Gerade für den Anfänger/Erstflug erst einmal auf 0.5 bzw. 50 Prozent stellen.

RC-Expo = Stellt man wie bei anderen Modellen im Sender ein. Normalerweise verläuft der Ausschlag der Servos / Regler linear. Mit der Expo Funktion wird es eine Kurve. Also am Anfang sachte und dann heftiger. Zunächst ganz viel Expo ca. 80 Prozent und dann langsam weniger je nach Können.

3. Auf geht´s an den Copter:

Wie bekomme ich nun fliegbare Einstellungen hin?

Dazu fangen wir mal mit "P" wie proportional an.
"P")
Dieser Wert bewirkt eine zu der von außen erfahrenen Störung (ja, auch durch Knüppeleingaben des Piloten!) entgegenwirkende Einstellung. Je größer die Störung, desto größer die Reaktion (proportional). Dieser Wert wird mit steigenden Knüppelausschlägen langsam ausgeblendet, da man das Teil ja auch Steuern möchte. Mit dem Wert stellt man nun ein, wie groß die Ausgabe an die Regler im Verhältnis zur erfahrenen Störung ist.
Gute Startwerte sind die angegebenen 4 (bei sehr steifen Konstruktionen auch deutlich mehr, habe mich bis zu 8,x hochgearbeitet) Noch weiter runterschrauben bringt irgendwann nichts mehr, denn wenn der Wert gleich 0 ist, dann stabilisiert der Copter überhaupt nicht mehr von allein!
Wenn Ihr mit den Werten wirklich bis an die 2 runter müßt, dann passt meistens etwas nicht richtig:
Rahmen gebrochen oder wirklich zu schwabbelig (Holzrahmen mal ausgenommen, die haben eine super Eigendämpfung obwohl nicht "richtig" steif) Ein gerne genommener Rahmen eines Multirotorherstellers der auf 10mm Alu-Vierkant-Rohr basiert ist von der Basis her zu schwach, WENN! man da ordentlich Gewicht an den Rahmen schraubt. Bei 550g war alles in Ordnung, bei 800g flatterte das Teil wie Hölle.

Wer seinen Rahmen darufhin mal Testen möchte, der versucht nicht ihn in der Hand zu Biegen, sondern Ihn am "MIttelstück" zu packen, und dann aber so richtig ordentlich fest rauf-/und runter zu schütteln. Wenn man ehrlich zu sich selber ist, kann man da so einige Schwingungen sehen/fühlen. Im Flug sind es diese "harten" Schwingungen, die das Flugverhalten unstabil (Flattern) werden lassen. Die ganz harten legen den Copter, bei senkrecht gehaltenem Unterarm auf die Hand, umgreifen das Mittelteil, und und klopfen mal mit dem Ellenbogen auf einen Tisch oder so, dann wedeln viele Konstruktionen mit den Auslegern.
Schwingt der Copter sich langsam auf, dann paßt etwas mit den eingestellten PID Werten nicht, das muß nicht im Schwebeflug passieren, sondern tritt häufig erst bei Geradeausflug, oder beenden von harten Drehungen auf. Gerne gesehen bei Versuchen im Stablemode. Erst geht es, und wenn man dann etwas "rumgesteuert" hat fängt er auf eimal an mit den Flügeln zu schlagen -> Autolevel zu hoch.

Wie stelle ich das denn nun passend ein?

Copter in die Hand nehmen (aufpassen, daß Ihr von den drehenden Props wegbleibt, evtl. ne dicke Jacke anziehen, die Props können böse schneiden) auf "Schwebegas" bringen und erst mal grob mit der Fernsteuerung trimmen. Er sollte also danach also nicht mehr versuchen sich zu einer Seite wegzudrehen und/oder mit einem Motor voran durch die Decke zu stoßen. Je besser Ihr das hinbringt, desto lockerer wir das Teil dann später vor Euch schweben.

Dazu gibt es zwei "anerkannte Methoden": druntersetzen und mit einer Hand über dem Kopf halten, oder drüberstellen und mit einer Hand runterhalten.

Nun ruhig und langsam "Gas" geben, bis der Copter einigermaßen schwebt. Sollte er dabei schon anfangen zu zappeln - P kleiner einstellen und neu anfangen. (google: Resonanz )
Klappt das, dann vorsichtig ( immer darauf gefasst sein, daß das Dingen abgeht wie Hölle -> Gas raus!) anfangen den Copter zu "ärgern", also z.B.: einen Arm auf- und abbewegen, er sollte sich dagegen wehren, aber nicht anfangen zu flattern/resonieren oder so. Das Ganze auch für schnelle Bewegungen testen, kurz und knackig hin und her oder rauf und runter. Auch hier wieder sollte der Copter ganz gelassen bleiben.
Man kann jetzt versuchen den Wert so weit anzuheben, das noch keine Schwingungen auftreten, kommt es dazu, den Wert ein paar 10tel runter, also die erste Stelle hinter dem Komma

Weiter geht es mit "I"

"I") wie Integral (zusammenfassend/ganzheitlich) das machen wir zum Schluß.

Also kommt jetzt "D"

"D")
wie Derivative (Ableitung, Weiterentwicklung) hier wird geraten oder geschätzt, wie sich die Oben angesprochene Störung wohl in dem System (Copter) auswirken wird, also ob er von allein zur Ruhe kommt, oder ob es sich aufschwingt, -> Resonanz. 0 = kommt von allein zur Ruhe, maximal = schwingt wie Hölle. Irgendwo dazwischen werden wir uns wohl einfinden, es muß wirklich "erflogen/gespürt" werden. So um die 10-25 sind in der Regel OK.
Dieser Wert greift sozusagen der Regelung vor, indem er der unmittelbar bevorstehenden Änderung der Schwingung vorgreifend gegenzusteuern versucht (um diese zu beruhingen). So ähnlich wie wenn wir uns ein Pendel vorstellen: hat das gerade auf einer Seite angehalten, dann wird es nun zu der anderen Seite rüberschwingen, wir müssen also unseren Finger zum Bremsen von der einen auf die andere Seite des Pendels bewegen, um bremsen zu können. Machen wir das zu schnell (also Finger von einer auf die andere Seite wechseln), bevor das Pendel den Endausschlag erreicht hat, dann schieben wir es Streckenweise noch an - gleiches gilt wenn es zu langsam passiert -> wolln wa nich. Das mit dem Pendel gefällt mir gut

dann nun "I"
"I")
also zusammenfassend/integral. Der Name ist hier Programm, da dieser Faktor die Höhe/Größe der Störung genau wie deren Dauer zusammenfasst, also gewissermaßen die bisher angesammelten/aufgelaufenen Gesamtfehler zu berücksichtigen versucht. Hier sollte man eher behutsam zu Werke gehen, Ziel ist es kleinere Überschwinger, zum Beispiel Drehung beenden, es dreht aber weiter. Dann sanft erhöhen: 0,0xy ist fast immer gut ausreichend. Wenn unsicher immer einen kleinen Wert so um die 0,005 bis 0,010 stehen lassen (Damit die PID Regelung erhalten bleibt, andernfalls hätten wir ja nur eine PD Regleung )