Rates и режимы полёта

Цель занятия: обучающиеся объясняют разницу между Angle, Horizon и Acro, подбирают rates и expo под свой уровень и обосновывают выбор симптомом, а не вкусом.

Это первые настройки, которые обучающийся меняет осознанно, и первое место, где видна связь «параметр → поведение аппарата». Здесь же закладывается привычка менять по одному параметру за раз и записывать результат.

Как аппарат вообще управляется

Квадрокоптер не имеет рулей. Единственное, чем он управляет, — обороты четырёх моторов. Всё остальное вытекает отсюда.

Винты вращаются попарно навстречу друг другу: два по часовой стрелке, два против. Это нужно, чтобы реактивные моменты гасили друг друга — иначе корпус крутился бы в сторону, обратную винтам.

Что нужно	Что делает контроллер
Подняться	Добавить обороты всем четырём моторам
Наклон вперёд (тангаж)	Добавить задним, убавить передним
Крен вправо	Добавить левым, убавить правым
Разворот вправо (рыскание)	Добавить паре, вращающейся против часовой, убавить второй паре

Разворот получается не «рулём», а разбалансом реактивных моментов: усиливаем одну пару — корпус доворачивает в противоположную ей сторону. Поэтому при энергичном рыскании аппарат немного проседает: часть тяги ушла на создание момента.

Отсюда следует важное. Аппарат летит вперёд, наклоняясь вперёд: вектор тяги винтов отклоняется вместе с корпусом, его горизонтальная составляющая и толкает аппарат. Значит, при разгоне часть тяги перестаёт удерживать вес — и чтобы не терять высоту, газ приходится добавлять. Это то, что новичок ощущает как «дрон проседает на разгоне», и то, что руки должны научиться делать сами.

Режимы полёта

Режим определяет, что означает отклонение стика и насколько контроллер помогает удерживать горизонт.

Стик задаёт угол наклона. Отпустил — выровнялся.

В режиме Angle (он же Stabilized, Self-level) отклонение стика означает «наклонись на столько-то градусов». У наклона есть предел — обычно 30–55°. Отпустил стик — аппарат сам вернулся в горизонт.

Плюс: аппарат не переворачивается, отпущенные стики = ровный полёт. Прощает панику: растерялся — отпустил стики, аппарат выровнялся сам.
Минус: нельзя ни перевернуться, ни лететь по-настоящему быстро — угол наклона ограничен, а значит ограничена и горизонтальная тяга.

Где применяется: первые вылеты, съёмка, любые задачи, где нужна предсказуемость, а не динамика. Большинство съёмочных аппаратов летает так.

Выравнивается сам, но переворот разрешён.

Horizon ведёт себя как Angle возле центра стиков и отпускает ограничение при полном отклонении: можно крутить перевороты, но при отпущенных стиках аппарат вернётся в горизонт.

Плюс: можно пробовать перевороты, сохраняя страховку.
Минус: поведение меняется в зависимости от того, насколько сильно отклонён стик. Это самое коварное свойство: моторика, наработанная возле центра, перестаёт совпадать с поведением на краю.

Где применяется: переходный режим. Многие инструкторы его пропускают — именно из-за непостоянства поведения. Разумный маршрут: Angle → сразу Acro в симуляторе.

Стик задаёт скорость вращения. Аппарат остаётся там, куда его повернули.

В Acro (Rate mode) отклонение стика означает «вращайся с такой-то угловой скоростью». Контроллер удерживает скорость вращения, а не угол. Отпустил стик — вращение прекратилось, но наклон остался. Хочешь горизонт — выровняй руками.

Плюс: полный контроль, никаких ограничений, единственный режим для гонок, фристайла и точного FPV. Поведение одинаково во всём диапазоне стиков.
Минус: ничего не прощает. Отпустить стики в панике здесь означает, что аппарат продолжит лететь туда, куда наклонён.

Где применяется: вся серьёзная работа FPV. Именно ради Acro и нужен симулятор: в нём этот режим осваивается за десятки часов без единого сломанного винта.

Порядок освоения. В симуляторе — сразу Acro, с самого первого часа. На реальном аппарате — сначала Angle, и переход в Acro только после того, как программа упражнений закрыта в симуляторе. Смысл в том, что ломать в Acro дешевле всего именно виртуальные аппараты.

Rates: насколько резко аппарат крутится

Rates задают, какой угловой скорости соответствует полное отклонение стика. Измеряется в градусах в секунду (°/с).

\omega_{\max} = \text{rate} \quad [\text{°/с}]

Ориентиры:

Rate	Поведение	Кому
200–300 °/с	Спокойно, много времени на реакцию	Первые часы, съёмка
400–600 °/с	Уверенно и живо, полный оборот за 0,6–0,9 с	Рабочий диапазон большинства пилотов
800–1200 °/с	Резко, мгновенные развороты	Фристайл, опытные руки

Начинать надо с малого. Высокие rates не делают пилота быстрым — они делают его неточным: рука не успевает дозировать, и каждое движение превращается в перелёт мимо цели.

Expo: тонкость возле центра

Проблема: хочется и точности при малых отклонениях, и большой скорости на краю. Линейная зависимость не даёт ни того, ни другого.

Expo (экспонента) искривляет кривую: возле центра стик становится менее чувствительным, к краям — выходит на ту же максимальную скорость.

\text{выход} = (1 - e)\,x + e\,x^{3}

где $x$ — отклонение стика от −1 до 1, а $e$ — коэффициент expo от 0 до 1. Максимум при $x = 1$ не меняется — меняется только форма пути к нему.

Expo	Что чувствуется
0	Линейно. Резко возле центра, трудно висеть точно
0,2–0,4	Рабочий диапазон: мягкий центр, полный размах на краю
> 0,6	Центр «ватный», аппарат кажется вялым, потом резко оживает

Аналогия. Expo — это как руль автомобиля: возле нулевого положения он намеренно менее чувствителен, иначе на трассе машину бросало бы от каждого микродвижения рук. Но выкрутить руль до упора всё равно можно на тот же угол.

Протокол подбора настроек

Так же, как настраивают регулятор: по одному параметру, с фиксацией результата.

Начать с малого rate

Ставим 300 °/с, expo 0,3. Летаем базовые упражнения — висение, коробка, восьмёрка.

Оценить симптом, а не ощущение

Не успеваю развернуться, аппарат «вялый» → повысить rate на 50–100 °/с.
Перелетаю мимо цели, аппарат «дёрганый» → снизить rate.
Не могу точно висеть, но на скорости всё хорошо → добавить expo.
Возле центра всё хорошо, но на краю не хватает резкости → снизить expo.

Менять один параметр за шаг

Изменили rate — не трогаем expo. Иначе непонятно, что подействовало. Записываем в журнал значение и что изменилось в ощущении.

Зафиксировать и налетать

Найденные настройки не меняем минимум несколько тренировок. Моторика строится под конкретные rates, и постоянная перенастройка не даёт ей закрепиться.

Заглянуть глубже: почему rates и ПИД — это разные вещи

Частая путаница: и rates, и ПИД влияют на «резкость» аппарата, но отвечают за разное.

Rates — это задание: какую угловую скорость мы просим у контроллера при данном отклонении стика. Это вход системы управления.
ПИД — это исполнитель: насколько точно и быстро контроллер добивается запрошенной скорости, воздействуя на моторы. Это контур обратной связи.

Формально: rates задают уставку $\omega_{\text{зад}}$ , а ПИД минимизирует ошибку $e = \omega_{\text{зад}} - \omega_{\text{факт}}$ , где фактическая скорость приходит с гироскопа.

Отсюда практическое следствие: если аппарат не успевает за стиком и запаздывает — это ПИД. Если он делает ровно то, что просят, но просят слишком много или мало — это rates. Диагностика начинается с вопроса «аппарат делает не то, что я прошу, или ровно то, но мне это не нравится?». Подробнее — настройка ПИД.

Приёмка занятия

Объясняет своими словами, почему аппарат проседает при энергичном развороте.
Называет разницу Angle / Horizon / Acro и говорит, где какой уместен.
Подобрал себе rates и expo и обосновывает выбор симптомом, а не «мне так нравится».
Настройки записаны в журнал.

Программа упражнений Журнал тренировок