Il drone ed il suo funzionamento
Cosa sono e come settare correttamente i valori PID della nostra IMU. I droni sono gestiti da una centralina interna (IMU) che ne controlla le funzionalità e le risposte ai nostri input. Grazie a questa interazione possiamo impartire degli ordini al nostro velivolo che li eseguirà puntualmente e precisamente. Almeno in teoria e dando per scontato che non vi siano fattori di disturbo esterni o difetti di assemblaggio o componenti malfunzionanti.
La IMU ovvero il cuore del nostro drone
La IMU, ovvero la centralina, non è altro che un sistema di controllo il cui compito è generare un “effetto” (output) in base ad una “causa” (Input).
Osservando il diagramma di flusso possiamo comprendere come avvenga tutto il processo.
Quando noi agiamo sul radiocomando muovendo gli sticks non facciamo altro che generare un “input” che viene ricevuto ed elaborato mediante un algoritmo dalla centralina.
Quest’ultima attraverso vari parametri, tra cui i PID, genera un “output” che viene inviato ai motori brushless per ottenere l’effetto da noi desiserato. Ma questo processo apparentemente semplice in realtà presenta molte problematiche che i PID cercano di risolvere.
Cosa sono i PID e a cosa servono
La nostra centralina non conosce tuttavia le nostre intenzioni e deve mantenere un assetto costante e stabile sulla base di rapidissime correzioni. Queste sono basate su valutazioni del pregresso e del futuro probabile. I giroscopi e gli accelerometri leggono e comunicano costantemente i valori reali di assetto del nostro drone. Quindi li passano alla IMU al fine di permettergli di calcolare istantaneamente le opportune correzioni.
I PID sono l’abbreviativo di tre parametri:
- Proporzionale;
- Integrativo;
- Derivativo.
Il Proporzionale dobbiamo immaginarlo come la forza con cui la centralina dovrà sollecitare i motori brushless per “variare” l’assetto del drone portandolo dal valore attuale a quello da noi desiderato e comunicato alla IMU mediante gli impulsi sugli sticks. In pratica è la forza che il braccio di un pilota esercita sulla cloche dell’aereo.
L’Integrativo è un valore che si va a sommare al precedente per ottenere un più efficace e dolce raccordarsi degli aggiustamenti quando siamo in vicinanza del valore voluto mediante la nostra azione sulla trasmittente. Considera, sulla base del fattore temporale, gli aggiustamenti effettuati nel passato e il risultato di essi sull’assetto attuale. In pratica è la correzione che il pilota attua sulla forza che il suo braccio esercita sulla cloche quando siamo in vicinanza dell’assetto da noi desiderato. Viene ad addolcire e progressivamente annullare il valore di P quando siamo vicini al risultato desiderato. Se I è troppo basso gli aggiustamenti saranno troppo tardivi nel frenare P per evitare il superamento del valore di assetto desiderato.
Il Derivativo è il parametro che interviene per controbilanciare l’eventuale eccessivo effetto correttivo ed evitare il superamento del valore desiderato o laddove si verificasse il superamento serve a innescare con più o meno aggressività la correzione dell’errore.
Nella mia ipotesi ho tenuto in considerazione, quale effetto di input, soltanto quelli derivanti dalle intenzioni del pilota ma in realtà vi sono anche i numerosi input dovuti agli effetti ambientali (vento) o dei sensori di bordo (GPS, barometro, sensori di prossimità ecc…). Pertanto i PID dovranno mitigare e generare i corretti input ai motori considerandoli tutti!
Come agiscono i PID
Nel diagramma soprastante possiamo osservare come gli input verrebbero trasformati in output sei i PID non ci fossero o se ce ne fossero solo alcuni e non tutti e tre (Proporzionale, Integrativo e Derivativo). La linea rossa è il nostro segnale di input (potrebbe essere il pitch, il roll o lo yaw) mentre le tre curve in nero sono il risultato diversificato in base a quali dei tre parametri PID vengono applicati.
Cosa sono e come settare correttamente i valori PID della nostra IMU.
Nella figura soprastante è possibile osservare per il parametro dell’imbardata (pitch) le curve dei valori di input beccheggio (verde) ed i valori di beccheggio reali (rossa). Nel caso in alto ancora il settaggio PID non è buono mentre nel caso in basso è accettabile.
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