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Réglages et optimisation des P.I.D CleanFlight

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seb03000

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Tuto fait part Olivier

La configuration de départ:

Les valeurs de P.I.D sont directement liés aux paramètres de la machine tel que : moteur, poids, contrôleur, hélices, distance entre les moteurs, centre de gravité, nature et type de capteurs.
Il sont aussi le reflet du style de vol : vol de précision ou vol "cool", ou au contraire vol agressif / voltige
Afin de simplifier la base départ, nous partirons sur des valeurs moyennes comme ceci:

Les valeurs RATE et EXPO rendront la radio le plus neutre possible.
Ces valeurs nous donneront une base neutre, et nous affineront en fonction des besoins et des goûts...
Gardez à l'esprit de ne changer qu'un paramètre à la foi, afin de bien "sentir" les effets...
 
Les réglages de bases:

La composante proportionnelle "P"


La valeur P c'est le gain général de la machine. C'est une valeur qui vas directement dépendre de la machine.
Taille des rotors, charge sur les moteur, poids, puissance ect...
C'est aussi un des paramètres les plus simple à régler.
La méthode est la suivante:
Il faut chercher le point d'oscillation, à une certaine valeur de P, la machine commence à sautiller et on peut voir une sorte de "pompage" sur les moteurs.
Descendez doucement la valeur et refaite un essai.
C'est exactement comme un gyroscope d’hélico, on cherche le gain maximum jusqu’à ce que la queue bas puis on baisse pour faire disparaître le battement...
(video1)
Pour déterminer si votre valeur P est bien réglée:
L'hélico sautille, ou oscille : P est trop fort, baisser la valeur
L’hélico vol bien, mais sautille, surtout sur les appels de gaz : P est trop fort, baisser légèrement la valeur
L’hélico est mou et verrouille mal, donne la sensation de tomber ou de perte de contrôle : P est trop faible
 
Il est fort probable de devoir retoucher à la valeur P après avoir touché aux autres réglages...
Il est possible aussi en fonction de la géométrie de la machine et du centre de gravité d'avoir une dissymétrie au niveau des réglages PITCH et ROLL.
 

La composante d'intégration "I" :


La valeur "I" permet de régler la longueur de correction. Lorsque la machine subit une contrainte en l'air, pour contrer l'effet et ainsi la stabiliser, le calculateur vas exercer une correction pendant un certain temps.
Si la correction est trop courte, la machine dérive et au final demande des corrections aux manches
Si la correction est trop longue, la machine vas sur corriger, et au final vas avoir un effet "yo-yo", ce qui demandera aussi beaucoup de correction aux manches...
Le plus simple pour régler la valeur "I" est de faire voie par voie, par exemple la profondeur:
En vol l’hélico ne semble pas être porté par l'air, et donne la sensation de tomber => I trop faible, montez de 0.3
En vol stationnaire, l’hélico à tendance à glisser d'avant en arrière => I trop fort, baissez de 0.1
En vol stationnaire, l’hélico à l'air bien, je pousse le manche vers l'avant et je lache:
-Il s’arrête doucement => I proche des bonnes valeurs
-il ne s’arrête pas en continue => I un peu trop faible, montez de 0.1
-Il cabre et essaye de repartir dans l'autre sens => I trop fort, baissez de 0.1
 
Le paramètre I est assez difficile à régler, car la bascule entre trop fort et trop faible est souvent mince.
De plus si on part dans les extrêmes comme un "I" franchement fort, l’hélico peut se retourner complètement en cas d’impulsion brutale sur un manche (il vas contrer aussi fort que l'on a pousser le manche + la correction proportionnelle à la valeur réglée)
De plus, "I" influe directement sur la valeur P, si on monte la valeur "I" la durée de correction augmente, et demande alors auxc moteurs moins de réactivité, il faut alors baisser P...Et inversement...
Exemple pratique, permettant de bien comprendre "I":
Pour bien comprendre, voici des essais sur la voie YAW (lacet)
(video3)
I trop faible => mauvais maintien de cap, l’hélico n’arrête pas de dériver, on dois toucher au trim en permanence
I trop fort => le maintien de cap est bon, mais si je met un coup de manche, l’hélico garde de l'inertie et continue de tourner
Il faut donc trouver le bon compromis...
 
Comme pour "P", il est possible d'avoir une dissymétrie entre les axes, et de devoir retoucher plusieurs fois à "I" après avoir toucher aux autres paramètres.
 

Le paramètre "D" - dérivée :


La valeur « D » détermine la vitesse à laquelle la commande sera atteinte.
Si D est faible, le filtrage et la stabilisation seront lents, la machine sera moins verrouillée en l’air (le filtrage n’a pas encore fait sa stabilisation, et une nouvelle commande arrive).
Si D est fort, le filtrage et la stabilisation seront très rapide, la machine sera bien verrouillée en l’air mais sera beaucoup plus sensible aux manches.
Il faut donc trouver un bon compromis entre verrouillage, et réactivité.
En général une machine destinée à la prise de vue aura un « D » situé entre 5 et 15, une machine destinée au vol « sport » ou « voltige » aura un « D » plus fort entre 15 et 30.
 

Syntèse de réglage général des P.I.D:


En règle générale :
(attention, les valeurs données ci dessous sont à titre d'exemple. Les valeurs sont directement dépendantes de votre matériel, du poids de la machine, et de votre façon de piloter...Le simple fait de changer de marque d'helices peut par exemple faire completement changer les valeurs...Prenez donc ces valeurs comme indication de départ)
Pour un hélico de voltige / vol hard :
P intermédiaire (3 à 5), I intermédiaire (0.30 à 0.45) et D élevé (25 à 30)
Pour un hélico de sport :
P faible (2 à 4), I moyen (0.30 à 0.35) et un D élève (20 à 25)
Pour un hélico stable et précis :
P en fonction du matériel (2 à 5), I intermédiaire (0.35 à 0.50) et un D intermédiaire (3 a 10)
 
Une fois les réglages de base effectué vous devez avoir une machine qui vole sainement, verrouille le cap et ne présente pas de fonctionnement « erratique » (sautillement aléatoires, sensation de tomber, effet yoyo).
Si vôtre hélicoptère est sain en vol, vous pouvez passez à la seconde partie « optimisation ».
 
Optimisation des réglages:

Optimisation du réglage "P":


L'optimisation de "P" se fait en vol.
Il faut avoir trouvé le point d'oscillation, puis baisser légèrement
Il suffit de faire de grand appel de gaz, ou de grandes lignes droites...
Si à l'accélération l'hélicoptère commence à secouer, « P » est trop fort, baissez le de 0.1, et refaites un essai
Si après une grande montée verticale, vous coupez les gaz rapidement et remettez les gaz :
L’hélicoptère secoue et vibre => P est encore trop fort
L’hélicoptère à du mal à se stabiliser comme si les moteurs n’était pas synchrone sur leur efficacité => P est trop faible, montez le de 0.3
 

Optimisation de "I":


Pour tester le bon réglage de « I » il faut déjà maîtriser un peu l’hélicoptère.
Il faut pouvoir le lancer à vitesse raisonnable, et observer les réactions.
Je prends pour exemple une translation par l’avant.
Vous lancer l’hélicoptère vers l’avant et lâchez la pression sur le manche ; observez les réactions :
-l’hélicoptère plonge, et continue sur sa lancée => I trop faible
-L’hélicoptère stoppe sa course et reviens légèrement en arrière (contre légèrement) => I est proche de la bonne valeur
-L’hélicoptère contre violemment la force, puis semble se stabiliser => I est trop fort
-L’hélicoptère semble bien réagir, mais il semble avoir de l’inertie (il continue légèrement sa course, et ne verrouille pas le cap) =>I trop fort  ou couple I et P à revoir (baisser I, montez P, ou l’inverse)
-l’hélicoptère vole bien, mais il semble manquer de verrouillage de cap, il fait le « yoyo » ou semble flou en l’air => couple P/I à revoir, commencez par monter P puis revoyez I
 Recommencez pour les autres axes...
Pour les valeurs de I, n’hésitez pas à monter les valeurs de 0.5 à la fois pour bien sentir les changements.
 

Optimisation de "D":


Faites des translations en essayant de mettre de l'angle sur l'hélicoptère.
Essayez de faire des arrêts brusques et nets.
Si la machine est « mole » et ne s’incline pas assez vite => montez « D »
Si la machine est « vive » et s’incline fort => baissez « D »
Si l’hélico manque « d’onctuosité » et semble « robotique » => montez « D »
Si l’hélico est instable => baissez «D »
 
Je trouve que la valeur D est liée d’une part à la machine en elle-même, mais beaucoup plus au feeling du pilote
Les pilotes FPV/photo/précision chercheront à baisser « D », les autres chercheront à le monter…
 

Conclusion sur les optimisations des P.I.D :


Les optimisations sont le fruit de plusieurs essais qui demande déjà une maîtrise de la machine.
Beaucoup de paramètres seront réglés au  feeling du pilote. Une même mécanique pourra voler avec des valeurs totalement différentes en fonction des effets désirés
Sur mon Quad-X de prise de vue j’ai ces valeurs :


J’ai privilégié la stabilisation et la précision de vol
(Notez les valeurs asymétriques entre les voies)
Sur mon Quad-X de voltige j’ai ces valeurs :



La valeur de P est haute car j’ai des ESC/moteurs qui le supportent, et cela apporte de la réactivité lors de la sortie d’une figure.
L’hélico se stabilise beaucoup plus rapidement. La valeur de D me procure un vol plus souple et plus vif
Les réglages de la radio (RC rate) et les taux de rotations sont augmentés de 20% pour donner plus de réactions
Je développe ça dans le prochain paragraphe…
 

Optimisation des taux de rotation "Rate":


Vous avez votre machine bien en main, nous allons maintenant optimiser les taux de rotations sur les axes, et ceux de la radio.
Commençons pas les plus faciles, les "Rates" d'axes:

C'est simple, ce paramètre offre la possibilité d'augmenter la vitesse de rotation de l'axe.
Par exemple sur un QUAD-X, dans 99% des cas la réactivité de la queue (yaw) et l'axe de lacet sont "mou".
Si on veux que la machine tourne plus vite sur cette axe, il suffit de monter la valeur comme par exemple:

Vous pouvez faire de même sur les axes Roll et Pitch.
Pour faire du vol de précision/FPV/prise de vue en général les valeurs restent à 0.00.
Pour faire du vol "sport" les valeurs seront montées entre 0 et 0.10 suivant les goûts.
Pour faire de la voltige, les valeurs se situeront entre 0.10 et 0.30
Allez y doucement sur ce paramètre, quand il est trop fort, un mouvement brusque sur le manche se traduit par un retournement de la machine !
Ce réglage est relié aux valeurs de la radio "RC Rate et RC-Expo", (je développe cela dans le paragraphe suivant), donc si vous avez mis de l'expo, le paramètre prendra effet à partir d'1/3 du manche, si le Rate est mal réglé ou réglé trop fort, cela peut surprendre en vol...Commencez donc à regler les rate avec RC-RATE à 1 et RC-EXPO à 0.
 

Fonctionnement de RC-RATE, RC-EXPO, RC, Throttle MID-EXPO, TPA:



RC-EXPO:

Le "RC-Expo" fonctionne comme sur une radio, on montant la valeur, cela rajoute de l'exponentiel sur toutes les commandes.
La machine deviens moins réactive aux manches autour du neutre, et garde sa réactivité lorsque l'on s'éloigne du neutre.
Il n'est pas possible de mettre de l'expo négative (rendre plus vif la machine au neutre, et moins réactive quand on s'éloigne) car d’une part cela n'a pas d'intérêt sur ces modèles et d’autre part, cela peut être réglé par le RATE des axes et par la composante « D ».
Personnellement je préfère laisser cette valeur à 0 et gérer les expos, voie par voie directement de ma radio.
Cela permet d’une part de pouvoir le faire sur le terrain sans avoir de pc, et d’autre part, cela permet d’avoir des valeurs différentes sur 3 axes.
Toutefois, Multiwii à la base était fait pour avoir un multi rotor bon marché et donc initialement prévu pour une radio 4 voies pas forcement assez évoluée pour avoir des expos programmables…
Si vous mettez disons entre 10% et 20% d'expo, cela rend la machine très stable en stationnaire, et réactive en translation...
Throttle  MID-EXPO:

Ce paramètre permet d'ajuster la courbe de gaz, et ainsi adoucir la commande de gaz en stationnaire.
Cela permet au personnes faisant de la prise de vue d'avoir une machine moins réactive à mi gaz et ainsi la stabilisée plus facilement.
Ce paramètre est directement impacté par la qualité des ESC et des moteurs, en général je laisse cette valeur linéaire (MID 50 EXPO 0)
Si vous rencontrer des problèmes de linéarité des gaz, une machine qui à tendance à prendre rapidement de l'altitude, commencez par par régler le MID.
En déplaçant la valeur MID, vous pouvez changer la vitesse des gaz en fonction de la position du manche et ainsi trouver un point de vol plus adapter à vos goûts.
En ajoutant de l'expo, vous réduirez la vitesse à laquelle la machine prends de l'altitude ou de la vitesse.
 
Le Throttle Atenuation PID "TPA":

Le "TPA" permet de mixer les gaz aux différents autres P.I.D.
Ce paramètre permet d'adapter le couple des moteurs aux réglages initiaux P.I.D.
Pour faire simple, les ESC on leur propre rampe d'accélération (variable en fonction de la marque de la qualité et du modèle d'esc)
Si l'accélération du moteur/esc n'est pas linéaire, il arrive que le couple du moteur ne soit pas en concordance avec les valeur de PID.
Concrètement, cela se traduit par une machine qui fonctionne bien en stationnaire, mais lorsque l’on met des gaz, elle se met à osciller, pomper ou n’arrête pas de monter descendre, il est très difficile de maintenir l’altitude.
En montant les valeurs du TPA, cela se traduit par une baisse de la courbe de gaz. Adouci la montée en régime et laisse la priorité au PID pour contrôler la machine.
En règle général si un TPA de 0.10 ou 0.15 maximum ne rends pas la machine correcte, cela proviens d’un problème dans le choix des ESC, des moteurs ou des hélices.
Je n’aime pas trop ce paramètre car il donne la sensation d’avoir un trou dans l’accélération. Je ,ne l’utilise que sur de très petites machines (moins de 30cm entre les moteurs).
Le RC-RATE:

Le RC-Rate est un peu plus compliqué à expliquer mais je pense qu'un petit schéma sera plus explicite
(graph)
Le RC-Rate permet donc de 0 à 1.0 à choisir le niveau de réponse de la machine ainsi que l'importance des boucles de stabilisation.
De 1.0 à 3.0 cela permet de multiplier les ordres et d'augmenter la réactivité de la machine.
En général j'utilise 1.0 pour la plupart des mes hélicos, ce qui me laisse maitre des réglages via la radio (dual rate / expo)
Par contre sur mes Quad de voltige, j'utilise 1.27 à 1.30 afin d'avoir une machine directe et très vive...
A vous de doser la valeur en fonction de votre feeling de pilotage, et du style de vol désiré...

Les autres réglages LEVEL, NAVR ect...:


Ce sont d'autre réglages qui sont dépendant des PID principaux. Je ne détaille pas leurs optimisation car en général si les PID principaux sont bon, les valeurs d'origine fonctionnent à merveille.
Je prend quand même un exemple celui du LEVEL:
En vol normal (gyroscope) l'helico est bien réglé et vole bien. Lorsque vous activé le mode autostable (autolevel), les PID principaux s'occupent de la stabilisation générale de la machine (conservation de cap, réactivité, capacité à contrer les perturbations).
Les PID de LEVEL serviront à régler les réactions de la machine aux ordres, si la machine ne garde pas son cap en LEVEL,on touchera à P et I comme on l'a fait en mode normal.
En fait les PID de LEVEL viennent se substituer aux autres PID lorsque la machine à besoin de s'autostabiliser, le reste du temps les PID principaux font leurs travail...
Pour les PID ALT, c'est lorsque le baromètre est activé, il vont donc détermine comment la machine réagis en stabilisation d'altitude...
Il faut donc ajuster les paramètres en activant/désactivant les différentes options montées sur la machine...
 
Conclusion:
Voila, vous savez presque tout sur les réglages des P.I.D.
Je n'ai pas détaillé certain réglages comme le NAVR ou le LEVEL car se sont des autres P.I.D fonctionnant de la même manière et nécessitant d'abord d'avoir réglé tout ce qui est relaté dans cet article.
Le plus important etant de bien regler les PID principaux (ROLL/PITCH/YAW) et de bien doser les RATE.


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