ArduPilot Autotune настройка

Что такое Autotune?

Autotune — это встроенный в ArduPilot алгоритм автоматической настройки ПИД-регуляторов (PID), который:

Автоматически подбирает параметры Stabilize P, Rate P, Rate I, Rate D
Оптимизирует максимальные угловые ускорения (ATC_ACC_*_MAX)
Обеспечивает максимальную отзывчивость без значительных перерегулирований
Работает для осей Roll, Pitch и Yaw (в Copter 4.4+)

⚠️ Предупреждение: Autotune не всегда даёт идеальный результат и может привести к неуправляемому поведению дрона. Всегда тестируйте в безопасной зоне!

Подготовка к Autotune

Контрольный список перед запуском:

□ Дрон стабильно летает в режиме AltHold (ручная настройка базовых параметров)
□ Установлены и настроены фильтры гироскопа (Dynamic Notch)
□ Параметр MOT_THST_EXPO корректен для ваших ESC
□ Камера/подвес и другие подвижные элементы сняты или надёжно зафиксированы
□ Погода: слабый ветер (<5 м/с), открытая площадка без препятствий
□ Аккумулятор полностью заряжен (минимум 80%)
□ Включено логирование DataFlash (.bin)

Настройка режимов полёта в Mission Planner:

Настройте режимы полёта: назначьте один переключатель на AltHold
Назначьте функцию Autotune:

Вариант A: RCx_OPTION = 17 (Aux Function → AutoTune)
Вариант B: назначьте целый режим полёта AUTOTUNE на переключатель

Проверьте триммеры: убедитесь, что стики передатчика в нуле (нет триммов!)

⚠️ Важно: Дрон должен дёргаться (twitch) под углом 90° к направлению ветра для корректной настройки каждой оси.

Ключевые параметры Autotune

Параметр	Диапазон / Значение	Описание
`AUTOTUNE_AXES`	1=Roll, 2=Pitch, 4=Yaw, 8=Yaw D	Какие оси настраивать (суммируйте: 15 = все оси)
`AUTOTUNE_AGGR`	0.05–0.10 (default: 0.1)	Агрессивность: 0.1 = агрессивный, 0.05 = мягкий
`AUTOTUNE_MIN_D`	≥0.001	Минимальное значение D-терма после настройки
`AUTOTUNE_GMBK`	Default: 25 (%)	Запас устойчивости: насколько алгоритм «отступает» от границы нестабильности
`ATC_INPUT_TC`	Default: 0.1, рекомендация: 0.25	Сглаживание ввода пилота (если дрон слишком «нервный» после настройки)
`MOT_THST_EXPO`	Зависит от ESC	Критичен для линейного отклика моторов (обычно 0.65–0.75 для BLHeli)

Пошаговый запуск Autotune

Рабочий процесс Autotune:

Этап 1: Взлёт и подготовка

1. Дождитесь спокойной погоды, выберите просторную площадку
2. Убедитесь, что переключатель Autotune в положении LOW (выключен)
3. Взлетите и перейдите в режим AltHold на высоте 10–20 метров
4. Сориентируйте дрон так, чтобы ось настройки была перпендикулярна ветру
   (например, для настройки Roll — носом против ветра)

Этап 2: Запуск алгоритма

5. Переключите Aux-канал в HIGH (или активируйте режим AUTOTUNE)
   → Дрон начнёт «подёргиваться» (~20°) влево-вправо, затем вперёд-назад
6. Наблюдайте за сообщениями в GCS (Mission Planner/QGroundControl):
   • "AutoTune: Twitch" — начало теста
   • "AutoTune: (P) Rate P Up" — корректировка параметра
   • "success X/4" — успешных итераций из 4
7. При необходимости корректируйте позицию стиками:
   • Во время коррекции используются исходные ПИД
   • После отпускания стиков алгоритм продолжит с места остановки

Визуализация процесса настройки:

Что показывает график:

Красная линия — целевая угловая скорость (Target Rate)
Зелёная линия — фактическая угловая скорость (Actual Rate)
Стрелка влево — фактическая скорость немного ниже целевой (это нормально)
Стрелка вправо — фактическая скорость превышает целевую (FF gain слишком высокий)

Дополнительный график:

Красная линия — ATSH.gain (коэффициент усиления)
Зелёная линия — частота (frequency)
Стрелка — частота на пике выбирается для настройки gain
Стрелки внизу — Angle P gain (SP колонка) повышается пока response gain не достигнет значения 2.0

Этап 3: Завершение и тест

8. После завершения настройки дрон вернётся к исходным ПИД
9. Переключите Autotune OFF → ON (или выйдите/войдите в режим) 
   для тестирования новых параметров
10. Оцените поведение:
    • Слишком «нервный»? → увеличьте ATC_INPUT_TC до 0.25
    • Слишком «вялый»? → увеличьте AUTOTUNE_AGGR до 0.10 и повторите
11. Если результат устраивает: 
    • Оставьте переключатель в HIGH (или в режиме AUTOTUNE)
    • Посадите и отключите моторы → параметры сохранятся в EEPROM

Масштабирование по напряжению батареи

Почему это важно?

По мере разряда батареи напряжение падает → моторы выдают меньшую тягу при том же PWM-сигнале → эффективность ПИД-регуляторов снижается → дрон становится «вялым» в конце полёта.

Правильные параметры для Copter:

Параметр	Рекомендуемое значение	Описание
`MOT_BAT_VOLT_MAX`	`4.2 × количество ячеек`	Напряжение полной зарядки (напр. 12.6 В для 3S)
`MOT_BAT_VOLT_MIN`	`3.3 × количество ячеек` или напряжение фейлсейфа	Минимальное рабочее напряжение
`MOT_BAT_CURR_MAX`	(опционально) лимит тока в амперах	Защита батареи от перегрузки

Настройка в Mission Planner:

1. Config → Full Parameter List
2. Найдите:
   • MOT_BAT_VOLT_MAX = 12.6    # для 3S LiPo
   • MOT_BAT_VOLT_MIN = 9.9     # ~3.3В/ячейка
3. Убедитесь, что подключен и калиброван датчик напряжения (BATT_MONITOR > 0)
4. Сохраните параметры → Перезагрузите полётный контроллер

⚠️ Важно: Правильная калибровка датчика напряжения критична для работы масштабирования ПИД!

Как работает масштабирование:

Если включено (MOT_BAT_VOLT_MAX > 0):

Полное напряжение (12.6В для 3S):
  → ПИД-коэффициенты применяются "как есть"

Среднее напряжение (11.4В):
  → Коэффициенты умножаются на 12.6/11.4 ≈ 1.11
  → Контроллер "усиливает" реакцию, компенсируя потерю тяги

Низкое напряжение (10.5В):
  → Коэффициенты × 1.2, но не выше, чем позволяет MOT_BAT_VOLT_MIN

Визуализация эффекта:

Без масштабирования:          С масштабированием:
[Полёт 0-10 мин]             [Полёт 0-10 мин]
┌─────────────────┐         ┌─────────────────┐
│ Стабильный отклик         │         │ Стабильный отклик         │
└────────────────              └────────────────
         ▼                           ▼
─────────────────┐         ─────────────────┐
│ "Вялый" отклик              │        │ Стабильный отклик       │
│ ПИД не компенсирует  │        │ ПИД усиливается           │
│ падение напряжения   │        │ автоматически                │
└─────────────────┘     └─────────────────┘

AUTOTUNE_AGGR — Детальное объяснение

Что это?

AUTOTUNE_AGGR контролирует порог чувствительности алгоритма к перерегулированию (overshoot) и отскоку D-терма при настройке ПИД.

Диапазон значений:

Значение	Характер настройки	Когда использовать
`0.050`	Мягкая, консервативная	• Гибкие рамы / подвесы • Сильная вибрация • Обучение / первые тесты
`0.075`	Средняя (рекомендуемая)	• Стандартные сборки • Умеренные условия
`0.100`	Агрессивная, отзывчивая	• Жёсткие гоночные рамы • Нужна максимальная реакция • Хорошие фильтры шума

Как именно работает:

Высокое значение (0.10):
+ Более высокие итоговые P и D-коэффициенты
+ Лучшее подавление внешних возмущений (ветер)
+ Более "острая" реакция на стики
- Выше риск осцилляций при шуме/вибрации

Низкое значение (0.05):
+ Более плавное, предсказуемое поведение
+ Устойчивость к шуму гироскопа и механическим люфтам
- Меньшая отзывчивость, "вялый" отклик

Визуализация PID отклика:

Что показывает график:

Красная линия — ATRP.Demanded (требуемая скорость)
Зелёная линия — ATRP.Achieved (достигнутая скорость)
Синяя линия — ATRP.P (прогрессия P-коэффициента во время настройки)

Практические рекомендации:

# Начните с дефолта:
AUTOTUNE_AGGR = 0.1

# Если после автотюна дрон "нервный":
AUTOTUNE_AGGR = 0.075  # или 0.05 для повторного запуска

# Если дрон "вялый" и не держит позицию:
AUTOTUNE_AGGR = 0.1    # убедитесь, что не выше 0.10

# Дополнительно для сглаживания ввода пилота:
ATC_INPUT_TC = 0.25    # вместо дефолтных 0.1

⚠️ Совет: Изменение AUTOTUNE_AGGR требует повторного запуска автотюна — параметры не пересчитываются «на лету».

Диагностика и типовые проблемы

Autotune не запускается (нет «подёргиваний»):

Причина: стики не в нуле, есть триммы
Решение: увеличьте мёртвую зону: RC1_DZ, RC2_DZ = 50+

Дрон стал слишком «нервным» после настройки:

Причина: слишком агрессивная настройка
Решение:

  • Уменьшите AUTOTUNE_AGGR до 0.075 или 0.05 и повторите
  • Увеличьте ATC_INPUT_TC до 0.25 для сглаживания ввода
  • Вручную уменьшите угловые P: ATC_ANG_*_P с 10 до 6

Дрон «вялый», не держит позицию:

Причина: слишком консервативная настройка
Решение:

  • Увеличьте AUTOTUNE_AGGR до 0.10
  • Убедитесь, что MOT_THST_EXPO корректен
  • Проверьте, не перегружены ли моторы/винты

Анализ логов:

В DataFlash-логах ищите сообщения:

ATUN — обзор процесса Autotune
ATDE — детальные данные по каждой итерации
ATNH — сообщения о ходе настройки (видны в таблице внизу графика)

Анализируйте в Mission Planner: Flight Data → Log Browse → ATUN/ATDE/ATNH

Сохранение и пост-обработка

Как параметры сохраняются:

Сохраняются при разоружении (disarm), ЕСЛИ:
   • Переключатель Autotune в HIGH, ИЛИ
   • Активен режим полёта AUTOTUNE

НЕ сохраняются, если:
   • Вы переключили Autotune в LOW перед разоружением
   • Вы сменили режим полёта перед посадкой

Тестирование в других режимах:

Назначьте функцию RCx_OPTION = 180 (AUTOTUNE_TEST_GAINS) для быстрого переключения между исходными и настроенными ПИД в любом режиме полёта.

Продвинутые настройки

Оптимизация для крупных БПЛА:

# Для рам с винтами ≥13" (33 см):
ATC_RAT_RLL_FLTT = 10
ATC_RAT_RLL_FLTD = 10
ATC_RAT_PIT_FLTT = 10
ATC_RAT_PIT_FLTD = 10

# Увеличение приоритета стабилизации над тягой:
ATC_THR_MIX_MAX = 0.9  # default: 0.5
# ⚠️ Опасно при высоких Rate-gain: может мешать снижению при осцилляциях

# Включение настройки D-терма для Yaw (Copter 4.4+):
AUTOTUNE_AXES = 15     # 1+2+4+8 = все оси + Yaw D

Связка: AUTOTUNE + Voltage Scaling

Шпаргалка: Быстрые настройки для крупных БПЛА

# Для крупных БПЛА с длительным полётом

# Масштабирование ПИД по напряжению (ОБЯЗАТЕЛЬНО):
MOT_BAT_VOLT_MAX = 25.2      # для 6S (4.2 × 6)
MOT_BAT_VOLT_MIN = 19.8      # ~3.3 × 6, или напряжение фейлсейфа

# Автотюн:
AUTOTUNE_AGGR = 0.075        # начните с умеренного для безопасности
AUTOTUNE_AXES = 3            # Roll + Pitch
AUTOTUNE_MIN_D = 0.002       # минимальный D-терм
AUTOTUNE_GMBK = 25           # запас устойчивости 25% (дефолт)

# Фильтры для крупных рам (винты ≥13"):
ATC_RAT_RLL_FLTT = 10
ATC_RAT_RLL_FLTD = 10
ATC_RAT_PIT_FLTT = 10
ATC_RAT_PIT_FLTD = 10

# Сглаживание ввода (если после настройки дрон "нервный"):
ATC_INPUT_TC = 0.25

Полезные ссылки

Ресурс	Описание
Официальная документация: Autotune	Полное руководство по Autotune
Voltage Scaling (Copter)	Настройка масштабирования по напряжению
Dynamic Notch Filters	Фильтрация шума гироскопа
Mission Planner Download	Последняя версия Mission Planner
ArduPilot Parameters	Полный список параметров

Итоговая таблица параметров

Категория	Параметр	Значение	Примечание
Autotune	`AUTOTUNE_AGGR`	0.075–0.10	Начните с 0.075 для безопасности
Autotune	`AUTOTUNE_AXES`	3 (Roll+Pitch)	15 = все оси + Yaw D
Autotune	`AUTOTUNE_MIN_D`	0.001–0.002	Увеличьте при overshoot
Battery	`MOT_BAT_VOLT_MAX`	4.2 × ячейки	12.6В для 3S, 25.2В для 6S
Battery	`MOT_BAT_VOLT_MIN`	3.3 × ячейки	9.9В для 3S, 19.8В для 6S
Filters	`ATC_RAT_*_FLTT`	10 Hz	Для крупных рам
Input	`ATC_INPUT_TC`	0.15–0.25	Сглаживание стика
Throttle	`MOT_THST_EXPO`	0.5–0.7	Избегайте >0.8

⚠️ Напоминание: Всегда сохраняйте .bin логи при тестировании новых настроек — они позволяют точно диагностировать, работает ли масштабирование и как алгоритм автотюна подбирал коэффициенты.

Удачной настройки! Если что-то пошло не так — вернитесь к исходным ПИД, проанализируйте логи и попробуйте снова с более консервативными настройками AUTOTUNE_AGGR.