《多旋翼穿越机基础》PID-Analyzer分析软件基础 来自知乎bb...

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《多旋翼穿越机基础》PID-Analyzer分析软件基础
bbsgyd

科技达人

广西百色市右江区 郭远东 微信bbsgyd V2020.8.25

版权申明：本文来自EgnoPopy-fpv穿越机pid 软件调整 pid analyzer 软件以及图谱的用法和分析视频，版权为发布者所有，所有免费分享的行为都是被允许的，如需商用授权请联系EP本人。

试飞前的参数设置

飞机组装好后，进入BF调参软件的PID调校页面，将D Min下的ROLL、Pitch、Yaw与自动调整有关的选项全部设置为0，TPA也设为0，PID下的前馈、反重力等开关都关闭它，保存，出去飞。当然，可以设置几组不同的PID配置文件，以切换它采集不同PID下的飞行数据。

试飞采集数据的要求

每次升空时间大于一分钟，飞机不能触碰其他物体，不能炸机，FPV和目视飞都行；飞行中油门从0-100%行程都要触及，每次油门增减过程需要大于1秒钟；R P Y方向上的操控也要从0-100%行程打满飞行，让飞机进行旋转；自由落体和猛然抬定操作，让飞机在洗桨时的振动数据也被采集下来。

在BF调参时预置几组不同的PID参数，外场飞行时，飞完默认PID组后降落，用遥控器摇杆左边摇杆左下+右边摇杆向左、向上、向右，分次切换PID其他分组参数，并再次按要求各飞行一分钟以上进行数据采集。飞完后下载记录仪里的多个数据文件，分别进行计算分析，通过不同PID的结果图比较，找到合适的PID。

黑匣子数据分析软件的获得和使用

重要提示：本软件解压后请勿放在中文路径下，否则计算时会出错，无法生成图形。

软件下载地址：https://pan.baidu.com/s/1LKP-YPSmuIky4q6JlQgaAg，提取码：bbbb

PID-Analyzer_0.52.exe软件下载后无法单独运行，需要在blackbox_decode解码运算器环境下运行，blackbox_decode是PID-Analyzer的运算器。你需要再次单独去寻找和下载blackbox-tools-0.4.3-windows运行计算器软件，解压后将PID-Analyzer_0.52.exe分析软件拷贝到文件夹里运行，否则无法出现准备就绪的命令行窗口，你将无以为续。

这里我已经将两个软件都下载过来，并做好了文件包，你下载后解压文件，直接运行PID-Analyzer_0.52.exe文件就可以出现准备就绪的命令行窗口。直接将你的.BBL文件拖到窗口里，输一个文件名如ABC，回车，回车，再回车，等待，直到弹出两张图片，本软件的任务就结束了。你将在本文件夹里看到一个111文件夹，里面的图就是你需要用来分析PID参数是否合适的参考波形文件。

对文件夹的一些说明：

LOG00003.BFL、btfl_004.bbl为测试用的飞行数据文件（黑匣子里拷贝出来的）。

blackbox-tools-0.4.3为运算环境软件，如带中文文件夹名，请在解压后去掉中文部分文件名，用英文名称命名文件夹。

PID-Analyzer_0.52.exe为软件本体，需在环境软件里执行才能正确运行。

blackbox_decode环境软件的运算器文件，PID-Analyzer_0.52.exe软件利用它来做PID波形图的运算。

Tmp文件夹，如果你在提示输入保存结果文件夹名称时没有输入任何字符，运行软件后将自动创建一个TMP文件夹作为图片存储之用。

得出两张图后，既可以进行图形分析，修改更为合适的P I D参数。

PID分析图的计算

1. 下载好软件PID-Analyzer和计算软件blackbox-tools-0.4.3

2. 将blackbox-tools-0.4.3软件解压后，把PID-Analyzer拷贝到解压后的blackbox-tools-0.4.3文件夹里，运行PID-Analyzer0.52.exe。

3.出现命令提示行窗口后将需要分析的飞行记录文件拖入窗口里，看到提示后回车，再输入需要建立的文件夹名字（分析计算结果图存放的文件夹），输入Y回车。看到一个光标停留后再次回车，等待计算完成。

4.运算完成后弹出两张图，后缀名为.CSV，PID分析运算完成。

5.利用两张结果图，分析超调情况，预设更符合动力和飞行要求的参数再试飞。

注意：请关闭防火墙软件再运行PID-Analyzer，否则可能运算器软件会被认定为有危险的软件而拒绝运行，导致计算失败。计算结果图如何使用，请参考相关文献。

PID图形分析参考大神视频

PID计算结果图的使用

得到PID计算结果后，如何去应用它，读懂其中的含义，是本文要说的重要部分。下面这张图具体理解，有ROLL、PITCH、YAW三个方向的PID波形数据，通过对数据波形飞分析解读，来判定PID到底是不是合适这台飞机。

Degrees/second为角速率，它是飞机每秒内沿着相应轴转动的角度。图上有两种颜色的线，一个蓝色，一个橙色；蓝色的波形线代表的是ROLL方向的陀螺仪采集数据（结果），就是飞机实际上做到的角速度；橙色波形线代表ROLL方向上输入的角速度指令，就是遥控器给飞机发送的操控意图杆量（欲望）。

简单说就是横滚方向上的实际滚转角速率和摇杆要求的滚转角速率对比图，蓝色代表飞机做到的动作，橙色代表遥控器摇杆量指令。

这个图的原理是：当遥控器摇杆打出的杆量指令传给飞控去做动作，当然飞控在接收到摇杆指令后会和陀螺仪当前姿态做个比较，再输出指令给电机去调整飞机姿态，让飞机上的陀螺仪达到最新姿态，以期达到摇杆指令的要求。

陀螺仪的姿态变化总是跟随着摇杆指令，飞控就负责处理两者间的差异，调整飞机姿态，最终达到两则一致，这时蓝色波形线和橙色波形线将完全重合。当然，这是完美状态下的姿态重合，是理想中的预想，现实中总有些超过或者欠缺出现。

如果陀螺仪姿态一直完全跟随摇杆指令来做动作，误差很小，这就是所谓的跟手。这时蓝色波形线和橙色波形线绝大部分时候都是重合的，飞机就很跟手了。

我们要做到的是每次打杆，陀螺仪反应的蓝色突出点不要太多，且两条线的波形绝大部分是要重合的。当我们的杆不怎么动的时候，不要出现蓝色的波形线上下起伏。如果出现蓝色的线，说明飞机在抖动，因为你没有发送摇杆指令给飞机。

下面中间部分是TPA的图，TPA是设么意思呢？就是越阶响应闸值，分为未达和超过两种状态；未达则保持默认PID，超过则使用另一套PID，超出后PID会按照一定的比率进行减小。THROTTLE%就是油门量的百分比，横着一行数字就是时间秒，这就是log time in s。

灰色的柱状波形就是油门的变化量，就是你打杆的大小，按时间先后向右推移。红色横线就是当前TPA的设定值，数据采集时的油门大小要在TPA下方和上方都有拉动，才能采集到完成的测试数据。在BF设置里，会有两个值要设定；一个是超过TPA后的削减百分比，一个是TPA的起始值。TPA的起始值是以油门杆量（1000-2000）之间的脉冲大小来表示的，比如设置TPA为1500，当油门杆打到1500值以上时，TPA就起作用，PID将按照设定的削减百分比来进行衰减，也就是力度就没有线性变化那般猛烈。

这个TPA削减有什么作用呢？这是根据电机特性来制定的，当电机在一定低油门下旋转时，使用一套PID参数，这是一个小力量状态下的控制参数。当油门增大到一定的值后，这套小力量的PID参数就无法满足控制电机的要求了，飞机的姿态将变得不再精准，这就需要另一套PID参数来控制电机。

力量小的电机PID参数就大，力量大的电机PID就小，当油门变大时，PID就要响应减小。

下面是越阶反应图，它有几种颜色，蓝色-绿色-黄色之间变动，横着的数字代表油门大小，竖着的数字代表着时间推移。

途中的蓝色代表0，为飞机初始姿态，也代表没有数据改变的姿态；绿色是目标姿态，用1表示；黄色代表超调姿态，用2表示。

上图对应的是下面这张图，注意看左边的竖着的数值0-1-2.00，当上图保持在绿色是，说明飞机保持姿态非常好，蓝色时表示没有采集到数据或者姿态接近了初始值0，出现黄色就代表姿态接近了2。

上面这张图也是主要的分析图谱，左侧竖着的数值就是飞机姿态的位置数据图，下方的数值是时间推移。蓝色线代表横滚Roll方向上的越阶滚转角速度小于500，橙色线是Roll方向上的越阶滚转角速度大于500。这个图怎么理解呢？在竞速飞行中，飞机的角速度通常不会大于500，急转弯时可能会出现大于500，花式飞行中角速度会比较高一些。如果是竞速飞机，主要看蓝色的线；花式飞行飞机，主要看橙色的线。上图是一个比较完美的PID，飞机从0起始姿态向1目标姿态进发，出现微小超调，立即回调到1附近，只做了一个回调后基本稳定在1附近。

第二节 关于图谱的理解和观察

下面这几个图怎么去理解，这是关于P值的变化图。

中间上方的图是P值比较理想时的，微量超调，然后回调到1附近。当P值较低时，左下图中飞机到达1目标姿态附近时用了较多的时间，用了0.05秒才到达，然后出现小幅超调，很缓慢地回到1目标姿态附近，这是P值不够高。右下图中当P值过大时，飞机快速到达1目标姿态附近，并大幅度超调到1.25立即快速回调，并出现一个多次震荡的波形，在目标姿态1附近来回调整，这就是P值高了的结果。

从这个图中我们可以发现P值是飞机从初始姿态0到目标姿态1的一个力量,P值越大，力量就越大；如果电机比较有力，P值就要低一些，没有力量的电机，P值就要高一些，P值也叫做比例。

下图是D值相关的内容，左下图D值比较低时快速超过目标姿态1，再快速回调到1附近，然后稳定在1附近。右下图上D值比较高的时候，飞机向着目标姿态1进发，出现了停滞，无法快速达到1，飞控不得不再次发出指令，让电机加速使飞机到达目标姿态1，再出现稳态。

从这个图上可以发现，P和D的作用是相反的，他是一个阻碍P的力量。D起到了一个什么样的作用呢？当飞机从起始姿态0向目标姿态1进发过程中，飞机姿态越靠近1，就会有一个越大的力量D来阻碍P靠近目标姿态1；如果D过大，就会出现P直接被D阻碍而使飞机姿态无法一次到达目标姿态，需要经过飞控再次发出修正指令，才能到达目标姿态1。

小结：P就是使飞机向着目标姿态1进发的力量，D就是阻碍飞机向目标姿态1进发的力量。

那么，I的是起到什么作用呢？I是没有显示波形图，理论上讲，I无论调到多大，都不会对波形图造成太大的影响。I的出现就是让飞机锁定在某一个姿态上，它到底是一个什么样的力量呢？它是一个双面力量，当P向着目标姿态1出发时，它是协助P的，它使P加大力量以期更快到达目标姿态1；当飞机姿态超过1时，I就起到一个反向作用，以期减小P的力量，使飞机姿态往回调，这是它就是协助D，让D加大力量。在超调和回调过程中I总是来回地使P D不断增减力量。这只是一个举例说明，学术上不是这样描述的，但你可以这么去理解它。

当I值变大时，它会让飞机姿态更快速地靠近1，超调时阻碍飞机远离1，回调时促使飞机更快回到1，最终飞机会锁定在目标姿态1附近。如果I值太大了，图谱上会出现较大的上下起伏波纹，飞机会在目标姿态附近出现较大的姿态变化，就是来回调。I通常使用默认值就很好了。

下图为PID不完美时的图谱，波形显得杂乱，这显得P值太大，超调非常严重，飞机姿态非常快速地超过了预期值1，过冲达到了2，回调动作变化也是很大。在来回修正的过程中，周边产生了许多絮状噪声，范围非常大；在中间的图上能看到许黄色的线，它对应则最下方图中最高峰的超调峰值2，Roll和Pitch方向上还算跟手。

在下图的YAW方向上，蓝色和橙色是不重合的，此时飞机在剧烈抖动，这在上图的右侧中间也能看到出现的黄色间断小块。

不同的PID参数中，针对不同的图谱如何去调整PID？

对P进行调整，下图1组中当P值5，往1进发的力量太小了，无法到达1；图形上有大量的各色小块杂乱不成型，上方的两条波形线也分离开来，当油门橙色线升高是，飞机陀螺仪姿态基本没变化，不跟着油门变化，无法操控。下图2组中当P值为10时，指令和姿态波形曲线形状上有了一定的相似，色块图变得比较均匀同一，下方对应的波形曲线开始出现一定的类似PID曲线的形状。下图3组中当P值15时，一切看起来就更像正常PID的形状了。

继续加，直到P为60，这是一个单独对P进行的调整试验，I和D是不产生影响的；注意看P值在不断增加的过程中，图形产生的变化。

当P值在20的时候，上图4组中的指令和姿态曲线几乎重合，从油门指令大小和陀螺仪的摆动曲线来看，两者基本上形状是重合的，只是在一些末梢位置会出现部分偏离和摆动，色块基本上达到浑然一体了，这个可能是PID作为最终调整的目标值，越往后超调就越多了，不再是适当的P值。

随着P值增大，飞机出现高频摆动，最终稳态也逐步趋向于1，指令与飞机姿态蓝橙色两条线基本重合，飞机慢慢变得跟手；但是这个过程会看到振动会变得越来越大，飞机调整的速度也边的更快。当P值非常大时，会出现油门波形未动，但姿态波形在不停地上下串，说明飞机的姿态在不断来回摆动变化，这时飞机是不可控的。

对I进行调整，以PID 20.5.0开始，当I值加5时，图3最下方曲线更趋向于目标姿态1，中间色块开始变得均匀起来。

继续加大I值，超调变得越来越高，色块中黄色变得越来越多，超调和回调波纹也越来越多，变得不稳定起来；最终I为25时的波纹图是最佳的，最趋向于1。

对D进行调整，以PID 20.25.5开始，当D值加5时，超调与回调的波峰立即变得平滑许多，继续加到D值为15、20、25，直到D值为25时，下方超调与回调波形变得越来越大了。在D值出现后，波峰被削平，D值更大时波峰再次出现，飞机出现杂乱抖动，同时第一次超调高达1.75的峰值，但是都能大范围地回调到1附近；因为D值变大了，导致P往1调的力量变小，出现大范围不靠近1的情况。

PID都加上的时候，当PID为20.20.10是超调与回调曲线最为平滑，中间的色块也更为均匀,当然这样的PID还不是最为理想的，还得继续组合测试。

最后就是对PID进行细致调整，经过多种有规律的组合测试，当PID为14.10.18时，波形最为平整，这就是最为理想的PID值，最终飞机是要调成下图4这样的一条平稳的线，和目标姿态线1.00重合在一起。

在PID的调试过程中需要快速找到一个大致的PID后，进行更多的组合尝试，最终找出符合飞机的PID组合参数。每台飞机的配载、重心、电机力量都是不同的，需要根据自己的飞机进行尝试。

在调整的时候可以遵循可控变量法原则，例如在调整某个方向上PID曲线时候，每次尽量只对其中的一个值进行改动，这样能更直观地发现这个值对飞机的影响，不要一起修改多个参数，避免越调越乱，毫无效率可言，PID这三个参数是相互关联、互相影响的。建议在开始调试时，先把I D都设置为比较低的值，如10，再试飞，如果都设置为0，是没法被操控的。5寸机建议起调PID为20.10.10，每次增加或者减小5，直到大致出现以下曲线时，当飞机起飞后快速达到1.50的超调位置后，立即在0.07秒内到达目标姿态位置1附近微调，如下面的左图波形；这时不再增加P，接着开始调整I，比如I设置为5， 接着再设为10，当出现下面右侧的图形时就差不多了。

最后来调整D值，直到波形如下右图所示即可；有快速超调和快速回调再到一个小幅度回调曲线，PID的调试工作进行到这里就差不多了。再细微的调整是配合手感需要来小幅度改变PID参数。这时再回到BF调参里去设置那些辅助PID的选项参数，你会发现飞机变得非常好操控了。

当然，不是调成这样的图就一定适合所有的飞手和飞机，比如说有的竞速飞手就不喜欢这样的操控手感；只是说调成这样的图，飞机的比较快，动作比较顺畅，这是一个比较适中的情况，这种PID可能比较适合刚开始接触飞机的人。当你成为一个竞速飞手后，可能就比较喜欢那种超调非常大、动作快速响应的图，在飞行中会有一个更快速的响应和锁定姿态，对于一些末枝的振动是不怎么看重的；如果是花飞型飞手，则可能需要飞机是一个缓慢调整的曲线，那么标准图谱又将出现另一种变化。根据不同应用场景的飞行要求，选择PID组合来适应不同的手感。

对新手的建议：尽量选择正X类机架，或者正X的长X、扁X机架，那些异形机架的PID是非常难调的,一般默认情况都会出现一个比较符合正常PID的波形图。

D min和TPA的设置

D min的作用：它提供了一个方法，使飞机在正常飞行中可以维持一个较低的D值，又可以在如翻转等快速动作时提高到一个较高的值来一直过冲，它也会在发生洗桨时提高D值。调整增益（Gain）可以调整D到达最高值的速度，同时它基于陀螺仪数据来确定快速移动与洗桨事件。超前（Advance）通过使用设定点而不是陀螺仪来判定快速移动的方法来更早地提高D值。

就是说D min能动态调整D值。当平稳飞行时希望D值偏低，飞机动作变得顺滑，没那么生硬，飞机的姿态响应变得比较快，可能会产生一定的振动；当飞机姿态出现大范围的变化时，如垂直下降时的洗桨，它会瞬间提高D值，甚至比标准值更高，这样就能抑制飞机姿态的快速抖动，使飞机更快速地锁定到目标姿态位置上。

同样D min也分别为roll、pitch、yaw三个方向设计了参数设定功能；所设置的参数就是D最小的值，就是飞机在平稳飞行时它的D值最小可以小到什么值。

将增益设置为0将禁止该功能，增益决定了D值在快速打杆时的增加强度，就是打杆时D值最大可以达到多少。高级设置里则增强了D值增加的效果，可解决高Rete和响应速度非常快的飞机上的一些过冲现象。这个高级值的变化为1-120%，如果经常做些大角速率的翻转时可以设置到70-80%；当然PID调得很好的情况下，不使用D min也是毫无问题的。具体D min的使用体现如何，还是需要在飞行中不断比较和尝试，才能体会到它的作用。

TPA的作用：当油门杆量超过TPA起始值时，pid所有的值会下降。

TPA值可以从0到1调整，它就是个百分比数值，如.02或者0.5之类。

TPA起始值是一个油门杆量值，如1500。当油门值超过1500时，TPA就开始减小到设定的比值，如20%或者50%。

这些值如何设定它？

例如下图中的色块，黄色块出现在油门的30%左右，就是约等于油门1000-2000范围里的1300左右。那么Gyro response就要设置在1300，当油门值超过1300时，PID就自动下降。这有什么规律呢？当你的飞机推重比很大时（就是电机有力而飞机很轻），这个值就变得比较低，反之这个值就会更大，如1600。

总结：

建议花飞的飞机不要做的太轻，得有一定的重量，让Gyro response能够设定到1600以上，才能压得住飞机的抖动；太轻的飞机容易抖动，PID也不好调，这样在做动作的时候，特别是要做大的抛物线动作时不会抛得太远太高，滞空时间太短不利于完成更多动作。花飞的飞机所有装备装上去重量大约在570-630克左右，是一个比较理想的重量。如果喜欢更快的响应和更快的转弯速度，可以选用较轻的机架，根据每个人的喜好进行选择。希望大家多进行实践，多试飞、分析、调整，找到适合自己喜好和飞机的PID。多关注与飞行技术，少关注与电装，让我们的飞机为我们的飞行服务，而不要让人过多地为飞机服务。

在PID调整中，还可以使用pidtoolbox软件来进行分析工作。

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