Die Blackbox-Kurve besteht im Wesentlichen aus zeitlich erfassten Flugsteuerungsdaten. Betaflight liest die Kreisel-, Empfänger- und andere Zustände in der kontinuierlich laufenden PID-Schleife und berechnet die PID- und Motorleistung; Blackbox zeichnet dann alle paar Schleifen mit der eingestellten Frequenz auf. Betrachten Sie beim Lesen des Diagramms zunächst die Zeit auf der horizontalen Achse und dann die tatsächliche Einheit und Skalierung jeder Kurve. Sie können die Werte nicht direkt vergleichen, nur weil sich die beiden normalisierten Kurven auf dem Bildschirm auf derselben Höhe befinden.
Vom PID-Loop zu den Blackbox-Datenpunkten
Das Video vergleicht die Kurven mit Aktiencharts: In festen Zeitabständen liest das System den aktuellen Zustand und stellt ihn als Datenpunkt dar. Der PID-Loop in Betaflight kann mit mehreren tausend Hertz laufen. Bei jedem Durchlauf werden Gyro-Winkelgeschwindigkeit und Stick-Sollwert gelesen, per PID verarbeitet und auf die einzelnen Motorausgänge gemischt. Die Blackbox ist kein weiterer Regler. Sie greift nur einige Variablen aus diesem laufenden Echtzeitprozess ab und speichert sie.
Die Logfrequenz liegt normalerweise unter der PID-Loop-Frequenz. Je nach Blackbox-Einstellung zeichnet Betaflight alle paar Durchläufe gyro, setpoint, PID, Motoren und weitere Daten auf. Die Aufzeichnung muss die interessierenden Vorgänge ausreichend schnell erfassen, zugleich aber Flash-Kapazität und Schreibgeschwindigkeit berücksichtigen. Welche Frequenzen nutzbar sind, hängt vom Flight Controller, der Firmware und dem Analyseziel ab.
Die Abtastrate bestimmt die höchste sichtbare Frequenz
Das Video verwendet eine 5-Zoll-Drohne und ein 1000-Hz-Log als Beispiel: Nach dem Nyquist-Prinzip lassen sich damit unter idealen Bedingungen Frequenzen bis ungefähr 500 Hz unterscheiden. Dieser Bereich deckt viele beim Tuning relevante Rauschanteile ab. 1000 Hz sind aber kein festes Optimum für alle Drohnen. Höhere Drehzahlen, besondere Filter oder andere Analyseaufgaben können andere Einstellungen erfordern.
Eine unzureichende Abtastrate erzeugt Aliasing: Hochfrequente Anteile erscheinen dann bei falschen Frequenzen. Prüfe vor einer Erhöhung der Lograte, ob das Gerät zuverlässig und ohne viele verlorene Datenframes aufzeichnen kann. Lege zuerst fest, ob du Steuerreaktionen, niederfrequente Rahmenbewegungen oder hochfrequentes Motorrauschen untersuchen willst, und wähle danach die passende Abtastrate.
Die horizontale Achse zeigt Zeit, die vertikale hat keine einheitliche Einheit
Die horizontale Achse zeigt die Logzeit. Die gleichzeitig auf der vertikalen Achse dargestellten Größen können völlig unterschiedliche Wertebereiche besitzen: gyro erreicht einige tausend Grad pro Sekunde, während die Batteriespannung nur im Bereich einiger zehn Volt liegt. Bei identischem Maßstab würden kleine Größen dicht an der horizontalen Achse liegen. Der Analysator skaliert oder normiert deshalb einzelne Signalspuren, damit ihre Form erkennbar ist.
Die Höhe einer skalierten Kurve auf dem Bildschirm entspricht nicht dem tatsächlichen Zahlenwert. Lies für einen bestimmten Punkt die Originalwerte und Einheiten in Seitenleiste, Marker oder Tooltip ab. Im Beispiel des Videos stehen positive und negative Werte von Roll-gyro für entgegengesetzte Drehrichtungen. Welche Richtung je Achse positiv ist, richtet sich aber nach der Betaflight-Koordinatenkonvention und den Bezeichnungen des verwendeten Analysators.
Welche Kurven sich miteinander vergleichen lassen
Nur wenn Einheiten und Skalierung nachweislich übereinstimmen, dürfen Kurvenhöhen direkt verglichen werden. Mit setpoint und gyro beobachtet man häufig die gewünschte Winkelgeschwindigkeit und die tatsächliche Nachführung. Bei PID-Anteilen, Motorausgängen, Spannung und anderen Größen müssen zuvor jeweils Einheit und Skalierung geprüft werden. Zwei ähnlich aussehende Linien beliebig übereinanderzulegen kann völlig falsche Schlussfolgerungen erzeugen.
Blende zunächst nicht benötigte Signalspuren über die Legende aus. Wähle eine Achse und ein kurzes Zeitfenster und beantworte dann anhand tatsächlicher Werte eine konkrete Frage. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Kurven. Empfehlungen für Filter- oder PID-Zahlenwerte gehören nicht dazu.
Bedienschritte
- PID-Loop- und Logfrequenz prüfen
Notiere die Schleifenfrequenz des Flight Controllers und die Blackbox-Abtasteinstellungen. Das Log speichert den Zustand nur alle paar Durchläufe.
- Die Abtastrate nach dem Analyseziel auswählen
Schätze den sichtbaren Frequenzbereich mit dem Nyquist-Prinzip ab und prüfe zugleich Flash-Speicher und zuverlässiges Schreiben.
- Zuerst die Zeit auf der horizontalen Achse lesen
Grenze das Ereignis auf ein kurzes Zeitfenster ein und blende dann die benötigten gyro-, setpoint-, PID- oder Motorsignalspuren ein.
- Tatsächliche Werte und Einheiten in der Seitenleiste ablesen
Setze die normierte Bildschirmhöhe nicht mit dem Originalwert gleich. Verwende Marker oder Tooltip, um die tatsächlichen Daten zu lesen.
- Nur Kurven mit gleicher Einheit und Skalierung vergleichen
Prüfe zum Beispiel das Nachführen von gyro gegenüber setpoint. Bei anderen Größen musst du vor der Interpretation die Skalierung klären.
FAQ
Muss die Blackbox-Aufzeichnungsrate der PID-Loop-Frequenz entsprechen?
Nein. Normalerweise wird nach Einstellung alle paar PID-Durchläufe ein Sample aufgezeichnet. So werden Frequenzbereich, Speicherplatz und Schreiblast gegeneinander abgewogen.
Warum heißt es oft, dass ein 1000-Hz-Log Frequenzen bis 500 Hz zeigt?
Nach dem Nyquist-Prinzip ist bei idealer Abtastung eine maximale Frequenz von etwa der halben Abtastrate unterscheidbar. In der Praxis müssen auch Filterung und Aliasing berücksichtigt werden.
Haben zwei gleich hohe Kurven auf dem Bildschirm denselben Wert?
Nicht unbedingt. Der Analysator kann verschiedene Größen unterschiedlich skalieren oder normieren. Prüfe die tatsächlichen Werte, Einheiten und Skalierungen.
Welche Kurven eignen sich am besten, um das Nachführen direkt zu beobachten?
setpoint und gyro werden häufig zum Vergleich von gewünschter Winkelgeschwindigkeit und tatsächlicher Reaktion verwendet. Prüfe dennoch, ob der Analysator für beide dieselben Einheiten und Skalierungen verwendet.
Vollständiges Timeline-Transkript
Die Transkripte sind nach Videozeit geordnet, sodass der Erklärungsinhalt schnell gefunden werden kann. Transkriptsprache: Vereinfachtes Chinesisch.
Hallo zusammen, ich bin Lao Li. Heute sprechen wir über die drei großen Aktienindizes. Ach nein, ich bin quarter rank. Heute machen wir mit der Betaflight Blackbox weiter. Letztes Mal haben wir erklärt, wie man eine Blackbox-Datei findet und öffnet. Heute schauen wir, wie man ihre Kurven liest. Warum habe ich eben Aktien erwähnt? Weil diese Kurven vieles mit Aktiencharts gemeinsam haben.
Wer Aktiencharts kennt, weiß vielleicht, wie sie entstehen: Man liest jede Sekunde oder halbe Sekunde den aktuellen Kurs und zeichnet einen Datenpunkt. Das ähnelt unserer Blackbox. Der PID-Algorithmus unterscheidet sich von einem Algorithmus, der einmal durchläuft und dann endet: Er läuft ständig in einer Schleife. In Betaflight lässt sich diese Schleifenfrequenz einstellen, häufig zum Beispiel auf 8000Hz oder 4000Hz.
Diese Frequenz bestimmt, in welchen Zeitabständen der Prozessor den PID-Loop durchläuft. In jedem Durchlauf liest er unter anderem die Gyro-Winkelgeschwindigkeit und die Stickbefehle vom Empfänger. Der PID-Regler berechnet daraus die nötige Änderung auf jeder Achse. Diese wird auf die Gaswerte der vier Motoren gemischt, um sie möglichst umzusetzen. Was hat dieser PID-Loop nun mit den Blackbox-Daten zu tun?
Du kannst dir die Ausgabe des Blackbox-Logs als einen Teil des PID-Loops vorstellen, allerdings nicht als dessen Hauptaufgabe. Je nach eingestellter Aufzeichnungsrate entscheidet Betaflight, alle wie viele PID-Durchläufe die aktuellen Daten gespeichert werden, zum Beispiel Gyromesswerte, PID-Werte und Motorausgänge. Die Ausgaberate lässt sich auf dem Blackbox-Tab in Betaflight einstellen. Fachlich heißt sie Abtastrate. Für eine 5-Zoll-Drohne reichen im Allgemeinen 1000Hz.
Wenn ihr euch mit Signalabtastung beschäftigt habt, wisst ihr: Mit 1000Hz lassen sich Rauschfrequenzen bis höchstens 500Hz erfassen. Für eine 5-Zoll-Drohne interessiert uns meistens das Rauschen innerhalb dieser 500Hz. Darauf gehen wir beim Tuning genauer ein. Wenn wir die Entstehung der Blackbox-Daten verstanden haben, verstehen wir auch die horizontale Achse: Sie ist eine Zeitachse, genau wie beim Aktienchart. Was ist nun mit der vertikalen Achse? In der Schule haben wir gelernt, bei Koordinatenachsen zuerst auf die Einheit zu schauen.
Warum steht an dieser vertikalen Achse keine Einheit? Wir erfassen sehr unterschiedliche Daten mit ganz verschiedenen Wertebereichen. Gyrowerte können zum Beispiel zwischen -3000 und -3000 Grad pro Sekunde schwanken, die Batteriespannung dagegen etwa zwischen 16V und 25V. Würden wir alle Werte einfach in dasselbe Koordinatensystem zeichnen, läge die Spannungskurve fast immer direkt auf der horizontalen Achse.
Denn im Vergleich zu 2000 ist 25 sehr klein, richtig? Deshalb werden diese Kurven normiert. Vereinfacht können wir uns darunter vorstellen, ihre Werte auf den Bereich 0–1 zu verkleinern. In der Praxis ist es etwas komplizierter, aber zum Verständnis reicht das. Die tatsächlichen Werte könnt ihr auch in der Legende daneben ablesen. Nehmen wir den Gyrowert auf der Roll-Achse. Dieser Punkt hier …
… entspricht 65 Grad pro Sekunde. Die Drohne dreht dabei mit 65 Grad pro Sekunde nach rechts. Entsprechend bedeuten minus 43 Grad pro Sekunde, dass sie sich mit 43 Grad pro Sekunde nach links dreht. Das ist die Bedeutung der positiven und negativen Vorzeichen. Bei verschiedenen Kurven können die Vorzeichen allerdings etwas Unterschiedliches bedeuten.
[Die Sprache ist an dieser Stelle nicht zuverlässig verständlich.]
Gut, diese Folge wird wahrscheinlich länger als fünf Minuten. Im nächsten Video erkläre ich, wie ihr mit einigen häufig verwendeten Kurven eure Filtereinstellungen anpasst. Danke, dass ihr meinem Gerede so lange zugehört habt. Ich freue mich über eure dreifache Unterstützung. Bis zum nächsten Mal.
