Uno de los temas mas oscuros y desconocidos para los aficionados de los multicopteros suelen ser las ganancias PID . Aunque me he topado con verdaderos crack en el tema, es cierto que mucha gente no tiene ni idea o no entienden cómo estas ganancias trabajan para mantenerte el avión o multicoptero nivelado en el aire.
Hay libros enteros dedicados a la teoría de control en los que se explican todos los detalles sobre lazos de control PID y estas ganancias.
Vamos a suponer que el único objetivo del lazo de control PID es mantener el multicoptero nivelado. Partiendo de aqui, es fácil entender que al mover los stick de la emisora, movemos el multicoptero, en la dirección deseada, y el lazo de control intentara en todo momento volver a nivelar el multicoptero.
Para esta explicación, solo vamos a tener en cuenta un eje, ya que el principio fundamental es el mismo para los tres ejes (cabeceo, balanceo y guiñada).
¿Qué es la ganancia P?
La ganancia P (proporcional) es la ganancia que se aplica a lo mucho que estamos fuera de nivel.
- Si estamos a nivel, entonces cada motor se acciona con la posición actual del acelerador (a partir de ahora T=throttle).
- Si estamos a 1 grado de desnivel, cada motor se acciona con, T + (P * 1).
- Si estamos a 2 grados fuera de nivel, cada motor se acciona con T + (P * 2).
¿Qué sucede cuando la ganancia de P es demasiado baja?
Si la ganancia P es demasiado baja, entonces no estaremos aumentando el empuje lo suficiente para nivelar el multicoptero y va a acabar dándose la vuelta.
Si la ganancia P es ligeramente baja, entonces será controlable, pero derivara excesivamente. Tardara mucho más para llegar de nuevo a nivel.
¿Qué sucede cuando la ganancia P es demasiado alta?
Si la ganancia P es demasiado alta, el multicoptero se tambaleara (oscilara), ya que compensará demasiado cuando se vaya fuera de nivel , lo que hará que intente nivelarse tan rápidamente, que se saldrá de nivel y volverá a salirse de nivel en sentido contrario , y así sucesivamente.
Hay que tener cuidado y asegurarse de que la ganancia P no es demasiado alta, no sólo tratando de volar nivelado, sino también cuando hacemos traslaciones, cuando hay excesivo viento o cuando bajamos en vertical sobre la propia turbulencia que generan las hélices. Si la ganancia P es poco alta, se quedara clavado al volar estabilizado, pero al intentar cualquier maniobra agresiva el multicoptero se descontrolara.
¿Qué es la ganancia I?
La ganancia I ( Integral) , se podria asociar ”con el tiempo”. Esta es la ganancia que se aplica a cuánto tiempo estamos fuera de nivel.
- Si estamos a nivel, entonces cada motor se acciona con la posición actual del acelerador (T).
- Si estamos a 1 grado de desnivel, cada motor se acciona con T + (P * 1).
- Si estamos a 1 grado de desnivel durante 0,5 segundos, entonces cada motor sera accionado con T + (P * 1) + (I * 0,5).
Si sujetas el multi con las manos y lo inclinas, el motor que baja debe girar para compensar. Aqui estaria actuando la ganancia P. Si seguimos sujetando el multi inclinado mientras actua P la velocidad del motor comenzara a aumentar, este aumento de velocidad, está provocado por la ganancia I.
¿Qué sucede cuando la ganancia I es demasiado baja?
Si la ganancia I es demasiado baja (0,0), entonces el multicoptero puede que no sea capaz de volver a nivel y si hace un poco de viento comience a derivar. Esto no es un verdadero problema ya que lo mormal es comenzar a ajustar los PID con un valor para I de 0.
¿Qué sucede cuando la ganancia I es demasiado alta?
Si la ganancia I es demasiado alta, los efectos son similares a los que tiene una ganancia P alta, pero aún más exagerado. El multicoptero se tambaleará (oscilar), ya que compensará demasiado al salirse del nivel y al sobrepasarlo intentara volver a nivelar rápidamente, lo que hará que vuelva a salirse de nivel hacia el otro lado, y así sucesivamente.
El efecto será más exagerado ya que la ganancia se aplica a través del tiempo , por lo que se necesitará más tiempo para darse cuenta de que se esta fuera de nivel y compensar su efecto.
Si la ganancia I es sólo un poco alta, su multicoptero será estable, pero te darás cuenta de que si intentas moverte en una dirección (hacia adelante por ejemplo) durante algún tiempo, tenderá a estabilizarse gradualmente y automáticamente . Aunque volará estable, esto hará que sea más difícil de controlar con precisión la posición final de su multicoptero.
¿Qué es la ganancia D?
No es extremadamente útil para multicopters (la prueba matemática de esto está fuera del alcance de este artículo), pero puede estar presente en algunos controladores.
La ganancia D (Derivada) , se podría asociar “sobre la velocidad”. Esta ganancia funciona de forma diferente que las dos anteriores ya que va a trabajar en contra de ellos para evitar las oscilaciones que se producen si las ganancias P, I son demasiado altas. Esta ganancia puede ser vista como un factor de amortiguación.
No es extremadamente útil para multicopteros (lo voy a explicar en este articulo la prueba matemática que lo demuestra), pero esta ganancia esta presente en todas las controladoras.
- Si estamos a nivel, entonces a cada motor se aplica la posición actual del acelerador (T).
- Si estamos a 1 grado fuera de nivel, a cada motor se aplica T + (P * 1).
- Si estamos a 1 grado fuera de nivel durante 0,5 segundos, entoces, cada motor es accionado con T + (P * 1) + (I * 0,5).
- Si estamos a 1 grado fuera de nivel durante 0,5 segundos y estamos volviendo a nivel a una velocidad de 2 grados por segundo, cada motor se accionara con T + (P * 1) + (I * 0.5) – ( D * 2).
En resumen si el multicoptero no esta nivelado, las ganancias P e I entran en juego para que vuelva a nivel. Como el multicoptero empezara a moverse de nuevo a nivel (pero no todavía), la ganancia D atenuara el acelerador para cancelar parcialmente la P y el efecto de I por lo que no sobrepasara el nivel ni tendrá oscilaciones.
¿Qué sucede cuando la ganancia D es demasiado baja?
Si la ganancia D es demasiado baja , entonces el multicoptero se tambaleá siempre que las ganancias de P e I sean demasiado altas.
¿Qué sucede cuando la ganancia D es demasiado alta?
Si la ganancia D es demasiado alta, mientras se mantenga estabilizado, notara que su multicoptero tarda mucho en responder a los mandos como si tuviera retraso (recuerda que la D es como una amortiguación).
A tener en cuenta.
Vuelo acrobático :
- - Requiere un valor de P un poco mas alto.
- - Requiere un valor de I un poco mas bajo.
- - Aumentar D.
Vuelo estable :
- - Requiere un valor de P un poco mas bajo.
- - Requiere un valor de U un poco mas alto.
- - Disminuir D
Fuente: http://fpvunlimited.com/control-pid-en-multicopteros
