Кривая черного ящика, по сути, представляет собой данные управления полетом, дискретизированные по времени. Betaflight считывает состояние гироскопа, приемника и других состояний в постоянно работающем контуре ПИД-регулятора и рассчитывает ПИД-регулятор и выходную мощность двигателя; Затем Blackbox записывает каждые несколько циклов с заданной частотой. Читая график, сначала посмотрите на время по горизонтальной оси, а затем посмотрите на реальную единицу измерения и масштаб каждой трассы. Вы не можете напрямую сравнить значения только потому, что две нормализованные кривые находятся на экране на одной высоте.
От цикла PID к точкам Blackbox
В видео кривые сравниваются с биржевым графиком: через фиксированные интервалы система считывает состояние и рисует точки. PID loop Betaflight может работать на частоте нескольких тысяч герц. В каждом цикле считываются угловая скорость гироскопа и цель стиков, затем результат PID смешивается в выходы отдельных моторов. Blackbox не является ещё одним контроллером: он выбирает и сохраняет часть переменных этого процесса реального времени.
Частота записи обычно ниже PID loop. По настройкам Blackbox Betaflight через несколько циклов записывает gyro, setpoint, PID, моторы и другие данные. Нужно достаточно быстро сохранять интересующую динамику и учитывать объём flash и возможности записи. Доступные частоты зависят от контроллера, прошивки и задачи анализа.
Частота выборки определяет верхнюю видимую частоту
В видео приводится пример дрона 5 дюймов и журнала 1000 Hz: по принципу Найквиста в идеальном случае можно различить частоты примерно до 500 Hz. Диапазон включает многие шумы, важные для обычной настройки, но 1000 Hz не является неизменно лучшим значением для любого дрона. Более высокие обороты, особая фильтрация или другие задачи могут требовать иных настроек.
Недостаточная выборка вызывает наложение частот: высокочастотная составляющая выглядит как сигнал неверной частоты. Прежде чем повышать частоту журнала, убедитесь, что устройство стабильно пишет без множества потерянных кадров. Сначала решите, что анализируете: отклик управления, низкочастотное движение рамы или высокочастотный шум моторов. Затем выбирайте частоту выборки.
По горизонтали — время, по вертикали нет единой единицы
Горизонтальная ось показывает время журнала. Одновременно показанные переменные могут сильно различаться: gyro достигает тысяч градусов в секунду, а напряжение батареи меняется в пределах десятков вольт. На одной общей шкале малая величина легла бы около горизонтальной оси, поэтому анализатор масштабирует или нормализует отдельные сигналы, чтобы была видна их форма.
Высота на экране после масштабирования не равна исходному значению. Для конкретной точки смотрите исходное число и единицу в боковой панели, маркере или подсказке. В примере положительные и отрицательные значения roll gyro означают противоположное вращение, но положительное направление каждой оси сверяйте с системой координат Betaflight и подписями текущего анализатора.
Какие кривые можно сравнивать между собой
Непосредственно сравнивать высоту можно только у кривых с заведомо одинаковыми единицами и масштабом. setpoint и gyro часто показывают заданную угловую скорость и реальное следование. Для составляющих PID, выходов моторов, напряжения и других величин сначала проверьте единицы и scale. Наложение внешне похожих линий без такой проверки может дать совершенно неверный вывод.
При чтении журнала сначала скройте ненужные сигналы в легенде, выберите одну ось и короткое окно времени, затем отвечайте на конкретный вопрос по реальным значениям. Это обзор кривых, без рекомендаций чисел фильтров или PID для следующего этапа.
Этапы работы
- Проверьте PID loop и частоту записи
Запишите частоту цикла контроллера и выборки Blackbox. Помните, что журнал сохраняет состояние лишь через определённое число циклов.
- Выберите частоту выборки под задачу анализа
Оцените видимый диапазон по принципу Найквиста и проверьте возможности flash и устойчивость записи.
- Сначала найдите время по горизонтальной оси
Выделите короткое окно события, затем включите нужные кривые gyro, setpoint, PID или моторов.
- Читайте реальные значения и единицы в боковой панели
Не принимайте нормализованную высоту на экране за исходное число. Смотрите реальные данные в маркере или подсказке.
- Сравнивайте только кривые с одинаковыми единицами и масштабом
Например, проверяйте следование gyro за setpoint. Для остальных переменных сначала выясните scale, затем интерпретируйте.
Часто задаваемые вопросы
Должна ли частота записи Blackbox совпадать с PID loop?
Нет. Обычно по настройкам данные записываются через несколько циклов PID, чтобы сбалансировать диапазон частот, объём памяти и нагрузку записи.
Почему говорят, что журнал 1000 Hz показывает частоты до 500 Hz?
По принципу Найквиста идеальная выборка различает частоты примерно до половины частоты выборки. На практике также учитывают фильтрацию и наложение частот.
Если две кривые на одной высоте экрана, их значения равны?
Не обязательно. Анализатор может отдельно масштабировать или нормализовать разные переменные. Проверяйте реальные значения, единицы и scale.
Какие кривые удобнее всего сравнивать для оценки следования команде?
setpoint и gyro часто сравнивают как заданную угловую скорость и фактический отклик, но всё равно нужно проверить одинаковые единицы и масштаб обеих кривых в анализаторе.
Полная стенограмма временной шкалы
Стенограммы упорядочены по времени видео, что позволяет легко найти поясняющее содержание. Язык стенограммы: упрощенный китайский.
Всем привет, я Лао Ли. Сегодня поговорим о трёх главных… акциях. Ой, нет, я quarter rank. Продолжим разбирать Blackbox Betaflight. В прошлый раз мы нашли и открыли файл. Теперь посмотрим, как читать кривые. Почему я заговорил об акциях? Потому что эти кривые во многом похожи на биржевые графики.
Если вы видели биржевые графики, то знаете, откуда они берутся: каждую секунду или полсекунды смотрят текущую цену акции и рисуют точку. Это очень похоже на Blackbox. Алгоритм PID отличается от привычных алгоритмов, которые выполняются один раз и останавливаются: он работает непрерывным циклом. В Betaflight можно задать его частоту, например распространённые 8000Hz или 4000Hz.
Частота определяет, как часто процессор выполняет цикл PID. В каждом цикле он считывает угловую скорость гироскопа, положение стиков от приёмника и другие сигналы. Контроллер PID рассчитывает нужное изменение по каждой оси, затем смешивает его в газ четырёх моторов, пытаясь добиться этого изменения. Как цикл PID связан с данными Blackbox?
Можно считать запись Blackbox частью цикла PID, хотя и не главной. По выбранной частоте Betaflight решает, через сколько циклов сохранять текущие данные: показания гироскопа, PID, выходы моторов и так далее. Частота задаётся на вкладке Blackbox Betaflight. Технически это частота выборки. В общем случае для дрона 5 дюймов достаточно 1000Hz.
Если вы изучали выборку сигналов, то знаете: 1000Hz позволяет записать шум до 500Hz. Обычно для дронов 5 дюймов нас прежде всего интересует шум в пределах 500Hz. При настройке позже разберём это подробнее. Поняв происхождение данных, мы понимаем горизонтальную ось: это время, точно как на биржевом графике. А что по вертикали? В школе учили сначала смотреть единицы осей.
Почему на вертикальной оси нет единицы? Потому что собирается много разных данных с очень разными диапазонами. Например, гироскоп может меняться от -3000 до -3000 градусов в секунду, а напряжение батареи — лишь, скажем, от 16V до 25V. Если просто нарисовать их на одной шкале, напряжение будет почти лежать на горизонтальной оси.
Ведь по сравнению с 2000 число 25 очень мало. Поэтому кривые нормализуют. Упрощённо нормализацию можно понимать как приведение к диапазону 0–1. На практике это сложнее, но такого понимания достаточно. Реальную величину также видно в боковой легенде. Возьмём, например, показание гироскопа по оси крена в текущей точке…
…оно равно 65 градусам в секунду: дрон вращается вправо со скоростью 65 градусов в секунду. Соответственно, минус 43 градуса в секунду означает вращение влево со скоростью 43 градуса в секунду. Вот смысл знака значения. Для разных кривых значение положительного и отрицательного знака может немного отличаться.
[Речь в этом месте нельзя достоверно разобрать]
Кажется, этот выпуск уже выйдет длиннее пяти минут. В следующий раз разберём, как настраивать фильтры по нескольким распространённым кривым. Спасибо, что выслушали мои рассуждения. Поддерживайте канал, до следующего видео.
