レースドローンのFC設定③PIDチューニング、RATE設定

さぁFC設定シリーズ最後は、PIDのチューニングやRATE設定についてです。
前回までの記事はこちら。

１．レースドローンのFC設定①ファームウェアの書き込み〜基本設定
２．レースドローンのFC設定②ジャイロサンプリングやLooptimeやESCプロトコルとは？
３．レースドローンのFC設定③PIDチューニング、RATE設定

PIDのチューニングはまずはデフォルトから！

スピードレースで主流な５インチ機ドローンの場合、BetaflightなどのデフォルトのPIDはとても最適化されていて、通常変えなくてもなんも問題もないことがほとんどです。では、なぜ色んな人がPID調整に困っているかというと、

「振動やブルブルした時はPIDのPを調整するといいよ！」

のような、悪魔のささやきを周りの人がするからです。
私のこれまでの経験や見聞きした事例をみますと、
振動の大半は、ハード起因によるものばかりです。
振動が起きる例をあげてみます。例えば、

• カメラのレンズが緩んでいるケース
• プロペラが折れ曲がっているケース
• カメラの裏蓋とセンサーの間に隙間が多くなっているケース
• カメラの両端のロックの仕方が甘いケース
• 機体フレームが各種緩んでいるケース
• モーターのビスが正しく止まっておらずずれているケース

これらがほとんどで、だんとつでカメラレンズとプロペラ起因が多いと思います。
シェイクダウンした処女機体が振動だらけという場合はカメラ周りであることが多いとおもますので、そこらへんチェックしてみてください。
（U199やTinyWhoopはその限りではありません！あくまで５インチ機について言っています。）

そして、話をPID設定に戻しますが、

• ハード的な問題も一切ない
• 振動も特にないし通常飛ばす分には問題ない
• ただ、PIDで自分の飛行スタイルにあった調整がしたい

このような状況になったらPIDを考えましょう！でも、その前に私がおすすめしたいのは、

• PIDはやっぱりデフォルト設定で
• RATEやEXPOの値を調整しよう！

です。

RATE設定で操作感を変える

私の考え方として、PIDとRATEをそれぞれ言葉で説明すると、

• PIDは機体の姿勢の調整時の強弱やメリハリを設定する
• RATEは操作感のレスポンスの善し悪しを設定する

と考えます。
なぜ、PIDはデフォルトのままで、RATE設定を先に調整するかというと、デフォルトのRATE値は安定的に飛行するためには高い値であるため、です。まぁ、この点、異論があるひとが多いと思いますが、この記事を呼んで参考にしようと考えていただくのは、初心者から中級者の方と想定しております。そういったフェーズにある時に、私が一番重要だと思うのは、

• 無駄な当て舵を少なく、安定的に飛行する

ことだと考えています。
フリースタイルでかっこよく飛行するにしても、レース用のゲートをくぐるにしても、何か新しいアクションをしようとする前に無駄な舵をうってしまうことが多くあります。例えば、ゲートを潜る直前に「あ、高度、危ない、うっ」みたいに迷いが生じてそれがダイレクトに指に反映して、スロットルやピッチを下げて、機体が上向きになること。Uターン直後にアワアワして、左右に無駄な舵をうってしまうこと。そして何より直線を走る時に左右前後にフラフラしてしまうことがあると思います。

これを解決するために、以下をどちらか、または両方を設定するのが良いと思います。

• RATEの値を下げてみる
• EXPOの値を上げてみる

具体的に見ていきましょう。

RATEの設定が高い状態

これは、Rateの高い設定です。
ちなみにこれはTinywhoopで使用しているPID/Rateの設定であり値を参考にする際は注意してくださいね。

画像を見ると、左から「RC Rate」「Super Rate」「Max Val」「RC Expo」とあります。Max ValはRC RateとSuper Rateの値によって最終的に決定される値で単位が「degree/second」であるように1秒間に何度回るかの値です。つまりここが720だったら、1秒間に二回転です。では、RC Rate、Super Rate、RC Expoは何かというと、これらはプロポのスティック操作と連想して考えるととてもわかりやすいです。

• RC Rateを高くするとスティックの中心付近を敏感にする（低くすると鈍感）
• Supoer Rateを高くするとスティックの両端付近を敏感にする（低くすると鈍感）
• RC Expoを高くするとスティックの中心付近を鈍感にする（低くすると敏感）

RC RateとExpoはやっていること一緒じゃん！って思いますよね。
白状しますが、私もこの使い分けにはすっきりとした回答をもっていません。
飛行する際の設定に不自由はないので追求していませんが、ヘリ経験者に聞けばすぐにわかりそうなので今後確認したら追記します。

で、この設定、上述のように最初の内は安定させるために、RC Rateを低く設定し、RC Expoを高くするのが個人的にはおすすめです。例えば下記が低めに設定した例です。

このように設定すると、最初は「全然曲がれない！」とか感じるかもしれませんが、２，３フライトすれば前よりも安定的に飛ばせることに気づくかと思います。まぁここらへんは好き嫌いもあるし慣れが必要なので、数値は少しずつ変更するのが良いと思います。RC Rateは0.1ポイントずつ、RC Expoは0.5ポイントずつくらい変化させてみてはいかがでしょうか。

どんな時に、もしくはどんなタイプによってRateの高低が別れてくるか、と考えると、私は、

• フリースタイルはExpoは入れて中心部分は鈍感にしながらもSuper Rate高め
• レースは基本安定的に回れるようにMax Val自体が低め

がいいかなと考えています。

いよいよ、PIDチューニングへ

ようやく、PIDの話しになりますが、まずP/I/Dのイメージを簡単に理解しておくのがいいと思います。よく言われるのは、P＝現在、Iは過去、Dは未来、と例えられます。これだけではよくわからないですが、PIDというのは、一つの解を求めるためのアルゴリズムの一つであり、ドローンで言うならば、モーターの最適な回転数を導くために、つまりは、最適な姿勢状態を整えるための計算方法です。

この計算は、一度回答を出したら終わりではなく、フィードバックループといって、計算した結果をもとにさらに計算を繰り返しというループ処理で精度を高めています。そのような計算の中で、P（現在）とI（過去）とD（未来）というワードを考えてみると、まずはPでモーターの回転数を決めに言って、Iでその値を補正してあげて、Dで予めとっておいたバッファでばらつかせる、みたいな感じ？（超適当です。）

で、実際にこれらの値を変えたらどう変わるか、が非常に重要なポイントですが「PIDを変えると、操作感が変わる」んです。具体的には、

• Pを上げると、姿勢変更時の動き自体が強く感じます。（効果音で言うとバシッ！）
• Iを上げると、姿勢変更時の止まり方がキビキビします。（効果音で言うとピシッ！）
• Dを上げると、姿勢変更時の動き自体が滑らかに感じます（効果音で言うとだら～ん）

反対に値を下げると、Pの場合は力なく感じ、Iはヌルっとし、Dはだら～んがなくなります。
これは一通りパターン設定した動画を創ったので、ぜひこちらを見てみて下さい。

動画中にも書いていますが、これはレースなのかフリースタイルなのかでPIDを分けるのは一つだと思います。もちろんまどろっこしいことせずに全く同じPIDでやるのは全然ありですし、それでやっていて上手い人もいっぱい知ってます。なので、こういった情報に惑わされずに、あくまで参考情報として活用してくださいませ。

さて、レースドローンのFC設定シリーズについては、これにて一旦終了です。
もう走り書きすぎて誤字脱字多くてすいません。今後見直していきますがご了承下さい。
また、私も日々変わる情報に対して誤認識していることもよくあります。反面教師とするもよし、優しい方はコメントやTwitterなどでご指摘いただけると私も見ている人も助かります。よろしくお願いします。

その他リクエストなどあれば気軽にコメント欄に書いて下さい。