CleanFlight設定 ～てか用語メモ ～

ドローンレーサー LKTR120 を購入したが、いい感じで飛ばすためにはチューニングが必要。
人気のFlight Controller である Naze32 は CleanFlight というChromeアプリを利用して設定する。

まずは今回調べたメモ。用語集チック。。

フライトコントローラ(FC/Flight Controller)

フライトコントローラはドローンの心臓部となる基板。
現状はMultiWii※1から派生したものが中心になってる。自作ドローンに興味を持つと名前を聞くようになる Naze32、CC3D や、OpenPilot系のFCもMultiWiiベースみたい。

※1 任天堂のWiiコントローラのセンサーを抜き出して、Arduinoでコントロールしようとして始まったらしい。

どのFCでも基本的にはジャイロ&アクセラレーターの6軸センサーが搭載されているが、高級なFCになると気圧センサー(barometer)や地軸センサー(magnet/compass)、GPSなどの自律系センサーが搭載されてたり、OSD(OnScreenDisplay: 映像に文字レイヤを重ねて、ドローンの状態を表示するためのもの)も実装してたりの違いがあったり、CPU性能やセンサー精度が異なったりする。
あと、使える設定ソフト(後述)が異なるのも大きいかも。

で、ドローンレーサー用では日本製 Naze32 Acro(gyro+acc only) が主流っぽい。こないだ購入したLKTR120もNaze32ベース。

暫くはここを広げずにNaze32一択で行くことにする。

※ 但し、Naze32は F1クラス。CPU性能と、UARTが増えることが魅力なF4クラスのOpenPilot Revoは気になるので入手だけしとく。。

フライトコントローラの設定ソフトウェア

Naze32には純正のBaseFlightがあるが、そこから派生したCleanFlightがアップデートもマメにあり、主流になってきているみたい。
暫くはここも広げずにCleanFlight一択で行くことにする。

ちなみにOpenPilotはOpenPilot GCS(Ground Controll Station)を使うようだ。

フライトモード

Acro(Rate)モード

標準はジャイロセンサーのみを利用したAcro(Rate)モード（加速度センサーすら使わない）。
他のモードと異なり、スティックを倒すと回転し続け、離しても回転角が戻らない。

めちゃめちゃ難易度が高い気がするが、上級者的にはこっちのが扱いやすいみたい。
加速度センサーや気圧センサーなどのセンサー類が増えると、操作パラメータが多くなるので、慣れればこのモードが最も安定するらしい。
最終的にはこれをマスターする必要があるが、暫くはクラッシュしまくってまともに飛ばせない気が。。

Angleモード

Angle 安定飛行用。旧Hubsan X4でいうと、スタンダードモードに近い。
ジャイロに加え、加速度センサーを使って、水平を保つ動作をする。
フリップ不能。

Horizonモード

Acro と Angle との中間のモード。 旧Hubsan X4 のエキスパートモードに近い。
Angle はレガシーなモードで、Horizon は AcroモードとAngleモードの中間的な動きだそうだ。

Horizonだとプロポのスティックの稼働範囲がセンター付近であれば、Angleチックな動きだが、端っこのほうはAcroに近くなってフリップ可能みたい。
フリップの感度はLEVEL D値を高くすれば上がる。

Baro(Altitude)モード

ジャイロ＋加速度＋気圧センサーを使ったモード。恐らくHubsan X4 plusシリーズのように高度維持が可能になると思われる。

Magモード

ジャイロ＋加速度＋磁気センサー(コンパス)を使ったモード。これでヘッドレスが可能になるっぽい。HeadFreeモードとの違いはYawが効かない？

HeadFreeモード

Magモードと似てるが、Yawが効く？

GPS Return To Home モード(開発中/不安定)

ARMしたときの場所に戻ってくる。
Angle/Horizon/Altitudeモードと同時に使う。衛星を5つ以上捉えてないとダメ。

GPS Position Hold(開発中/不安定)

GPSを使ってポジションを維持する。このモードのON/OFFで位置はリセットされる。
Angle/Horizon/Altitudeモードと同時に使う。衛星を5つ以上捉えてないとダメ。

Airmode

bataflightから移植されたのか、現在のcleanflightでは利用可能。
スロットルが0位置でもコントロール可能になり、アクロバティック飛行に有効だとゆー。

PIDとPIDコントローラ

PID てのを最初に見たときは、「何かのIDか？」と思ったが、P(Proportional：釣り合った？)、I(Integral：完全な？)、D(Delivative：派生的な？)の頭文字。
この３つのパラメータをチューニングして、飛ばしやすいようにする。

但し、PIDコントローラなるものが存在し、その選択によってPIDの調整方法も異なるらしいし、上述したAcro/Angle/Horizonなどのモードによっても動きが変わりそう。ややこしや。

PIDコントローラ

PIDコントローラとしては下記6つ。
0～2以外は実績が少なそうで、使うとしたら、0 or 2 の2択っぽい。

0(MultiWii)は RC rate(後述) の影響を受けるマイナス面もありそうだが、デフォルト設定であり、LKTR120本家でも使ってる。
ただ、oldって書いてるのが微妙に気になる。

2(LuxFloat/旧名baseflight)は Naze32などの32bitFCに対応。
但し、現時点では Autotune に未対応らしい。

が、Autotuneを実施するには広い場所が必要っぽいので、とりあえず2のLuxFloat で設定を詰めていくことにする。

• 0 : MultiWii(old)
• 1 : Rewrite
• 2 : LuxFloat(baseflight)
• 3 : MultiWii23
• 4 : MultiWiiHybrid
• 5 : Harakiri

ここから下は徐々に編集予定。

PID

完全に無風/プロペラ気流も無関係/通信ノイズもゼロ/etc..という完璧な条件下であれば、

  プロポからの入力 ＝ 機体の姿勢

となるが、そりゃ無理な話。

そのため、プロポからの入力による理想的な機体の状態と、センサーが認識した実際の機体の状態との 差異(エラー) が必ず発生する。
そのエラーを修正するために個々のモーター出力を調整し、理想的な機体の状態に近づけるのをFlight Controllerがやってくれてる。

ただ、どれくらいの量のエラーを、どれくらいの速さで回復するのかによって、飛行の滑らかさが変わってくるのだが、それをPID値によって調整する。

Custom Motor Mixing

PIDはPitch/Roll/Yaw軸ごとに独立に設定できるが、前後左右とも完全な対象型の機体であれば、Pitch/Rollを同時にチューニングしてもOKなのでラクちん。
ただ、いわゆるH型の、縦長な機体だったりする場合、PitchとRollのバランスが異なるため、Pitch/Rollのチューニングが独立になってしまう。
但し、機体の形状に応じた Custom Motor Mixing(モーター個別の出力割合の調整) をやっておけば、Pitch/Rollは同時に設定できる。

P ： Propotional 

PIDチューニングのメインとなる値。

現在のエラー量(E)に比例して、出力を制御するための係数。

但し、P値を高くしすぎると、ちょっとしたエラーにも過敏に反応しすぎて振動を起こすようになる。

まずはI値、D値をゼロにして、ギリギリ振動しないP値を探すのがチューニングの定石ぽい。

I ： Integral

エラー量の蓄積（ E1/t1 + E2/t2 + ...）に応じて、出力を制御するための係数。

I値を高くすれば、蓄積されたエラーを早めに修正しようと動作するので、不規則な風や離陸時のグラウンドエフェクトの回避に有効だが、高すぎると目標値の前後を行き来する状態になって、低周期な「ゆれ」が発生する。
また、直前のスティックの傾きに追従するような効果があるため、急旋回や急停止の場合のリアクションが遅くなる副作用がある。

通常はデフォ値(Roll/Pitch = 30、Yaw = 45)で構わんみたい。

D ： Delivative

D値はエラーの変化スピード( (Eb-Ea)/t )に応じて、出力を制御するための係数。

P値はエラー量に比例して動作するが、状況によってはその出力量を増減しないと目標値に到達できない場合がある。それを補うのがD値。

多くの場合に重要じゃないし、無視してOK。KK2のようなD値設定がないFCもあるくらい。

エラーがすぐに0に戻るようであれば、出力を弱めて調整しすぎを防ぐ。


D値はギクシャクな動きをスムーズにするために使われると書いてたり、
スティックに対する反応を早くすると書いてあったりでいまいち。。
IとDはようわからん。。

CleanFlightでの default

Name	P	I	D
pitch	40	30	23
roll	40	30	23
p_yaw	85	45	0

• 範囲は0-200

TPAとTPA BreakPoint

スロットルの出力に応じて、PID値を減少させるために使う。
典型的なのは、TPA BreakPoint = 1500、TPA = 50% みたいな感じ。

RCレート

ピッチ、ロールおよびヨー（全3軸の一つの値）の3軸の回転速度に対するスティック感度設定。
回転角の制限では無い。
回転角は、angleモードの場合に設定可能で、max_angle_inclination を使う (デフォ500=50.0度)

PIDコントローラ0、3、4、5 において、RCレートはPIDに影響を与える。
1、2ではPやDに影響を与えない。

個別にピッチ/ロール/ヨーレートを設定可能。

RCエキスポ

0％～100％で設定。
中央付近のスティック感度を減少させる。
中央付近が平坦なU字カーブのイメージ。エキスポ0％だとV曲線となる。

エキスポは、多くの場合、高いレートで使用し、センターに近いほど正確な制御を、エンドポイントでは積極的なアクロバット飛行ができる。

LOSクワッドでは、より高いロール/ピッチレートとより低いRCレートを推奨。
但し、FPVだと若干カクカクするかも。

スロットルミッドとスロットルエキスポ

スロットルについてもエキスポ曲線を設定し、センターに近いほど正確な制御を、エンドポイントでは急激な変化をつけられるようにできる。 スロットルミッドはそのエキスポ曲線の中心の設定。デフォルトではスティック中央になっているが、ちょうどホバリングできる位置をスロットルミッドに設定すべきであり、パワーウェイトレシオが2よりも高いなら下げるし、逆なら上げる。

他・混同しやすいパラメータ

min_command

disarm時にmax_checkより値が低い場合はこの値が使われる。
使うのはESCのキャリブレーションのとき？。デフォルト1000。

min_throttle

モーターを回す最低値。デフォ1150。

max_throttle

モーターを回す最大値。

ESCのキャリブレーション

CLIでやる

set min_command = 2000
save
set min_command = 1000
save

Motor タブでやる

1. master スライダーを全開(フルスロットル)。
2. リポを繋ぐ → キャリブレーションモードになる。♪beep♪
3. master スライダーを全下げ。♪beep♪

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