RPM Filter i Betaflight 4.1 bidirectional dshot settings gyro rpm filter tutorial - poradnik tuning dron ustawienia

RPM Filter i Betaflight 4.1 (bidirectional dshot) – poradnik A-Z

Funkcja RPM Filter (bidirectional dshot) została wprowadzona już w Betaflight wersji 4.0, jednak pełnej funkcjonalności doczekała się dopiero w wydaniu BF 4.1.
Ci, którzy mogą aktywować tę funkcję w swoich dronach – po pierwszym locie zazwyczaj powiedzą ,,WOW”, jak ten dron teraz świetnie lata! 😉

Ale zaraz, zaraz…
Czym jest funkcja RPM Filter i dlaczego cieszy się tak dużym zainteresowaniem?
Czy ja także mogę w swoim dronie (a w zasadzie w Betaflight) aktywować RPM Filter?

Odpowiedź znajdziecie w niniejszym poradniku.

Jest to kolejny, wręcz kluczowy poradnik po serii:

Miłej lektury! 😉

RPM Filter i Betaflight 4.1 – o co tyle szumu?

No właśnie – szum elektryczny pełni tutaj kluczową rolę i jest ściśle związany z funkcją RPM FILTER.
W przypadku kopterów – najwięcej szumu w obwodzie elektrycznym generuje praca silników elektrycznych (zarówno szczotkowych, jak i bezszczotkowych).
Szum objawia się w postaci ,,szpilek” napięcia, co powoduje nagłe skoki i spadki napięcia zasilania:

filtracja szumu elektrycznego w zasilaniu - przebieg oscyloskopowy
Skoki napięcia w obwodzie zasilania mierzone oscyloskopem.
Kolor żółty – niewielkie skoki napięcia,
Kolor zielony – znacznie większe skoki napięcia, wymagające filtracji.
*Idealne napięcie na przebiegu powinno mieć postać równej linii poziomej.

W konsekwencji wszystkie układy logiczne kontrolera lotu, jak i pozostałych elementów elektronicznych otrzymują bardzo nierówne, ,,pływające napięcie”. W efekcie praca całej elektroniki koptera może być niestabilna i trudna do ustabilizowania.

Im więcej szumu elektrycznego będziemy mieć w obwodzie zasilania naszego modelu – tym gorsza będzie sama charakterystyka lotu modelu.

Zacząwszy od poszatkowanej, niezbyt przyjemnej dla oka wizji FPV:

kiepska wizja FPV - duży szum w obwodzie zasilania drona
Liczne pasy, prześwietlenia i prążki w odbieranym obrazie FPV – typowy problem niewystarczającej filtracji szumu w obwodzie zasilania drona…

Po trudne do przewidzenia – losowe wibracje i drgania drona podczas lotu.

Dodatkowo niewyważone śmigła oraz silniki, giętkie ramiona ramy, czy nawet luźno przemieszczające się kable wewnątrz ramy drona będą potęgowały hałas elektryczny.

I znów szum elektryczny…

Od tego, jak czyste i równe zasilanie otrzyma nasz kontroler lotu (a tak naprawdę procesor i układ żyroskopu) – jest w pełni zależna praca i charakterystyka lotu naszego modelu.

Dlatego ważne jest, by w miarę możliwości usunąć wszelkie zakłócenia, które występują w obwodzie zasilania.

Sam montaż odpowiedniego kondensatora filtrującego do źródła zasilania może przynieść nam ogromną poprawę. To właśnie dlatego tak powszechnie stosuje się kondensatory Low ESR m.in. w obwodzie zasilania ESC (Elektronicznych Regulatorów Prędkości) silników:

kondensator low esr 35v 220uF rubycon do drona
Przykładowy kondensator elektrolityczny Low ESR 35V 220uF firmy Rubycon

Więcej o filtracji zasilania w dronach FPV przeczytasz w artykule:

Niestety w większości przypadków zastosowanie kondensatora w obwodzie zasilania daje jedynie połowiczny sukces.

Żyroskopy używane w kontrolerach lotu, oprócz szumu elektrycznego – czułe są również na wszelkie wibracje, które mogą przybierać szerokie spektrum częstotliwości:

gyro MPU 6050 GyroAccelerometer kontroler lotu dron
Przykładowy układ
żyroskopu i akcelerometru
MPU 6050

Na szczęście każda wielkość drona (2.5,3,4,5,6, itd. cali) posiada charakterystyczny zakres częstotliwości drgań dla swojej klasy, co ułatwiło zadanie twórcom Betaflight.
Zaawansowany system filtracji sygnału docierającego do żyroskopu miał rozwiązać wszelkie problemy ,,zaszumionych” sygnałów i danych.

Niestety każdy dodatkowy rodzaj filtracji, czy też tłumienia drgań dochodzących do żyroskopu – wprowadza pewne opóźnienia w pętli P.I.D – a więc w ogólnym sterowaniu drona…

Okno zaawansowanej filtracji oprogramowania Betaflight 4.1
Okno zaawansowanej filtracji oprogramowania Betaflight 4.1

Następuje więc problem, co wybrać:

  • dobrze filtrowane szumy, ale za to mocno ospały dron na wszelkie komendy, spory prop wash (poślizg/ mielenie powietrza przez śmigła);
  • mniej filtracji, dość dobra reakcja na wszelkie dane i prop wash, ale za to więcej szumów w danych z odczytu żyroskopu i gorętsze silniki (duże wahania danych = częsta korekcja pracy silników = szybka zmiana obrotów silników = dużo wytracanej energii w rozpędzenie silników, śmigieł i ciepło).

Z pomocą przychodzi funkcja wbudowana w Betaflight 4 o nazwie: RPM FILTER.

RPM Filter i Betaflight 4.1 – zaawansowana filtracja poprzez odczyt obrotów silników

RPM FILTER w Betaflight to nic innego, jak niwelowanie spektrum szumu elektrycznego i wibracji generowanych poprzez pracę silników elektrycznych.
Na podstawie otrzymanych danych telemetrycznych z ESC – kontroler lotu zna aktualną ilość obrotów/s silników.
Dzięki temu może z bardzo dużą dokładnością określić potrzebną korektę obrotów dla utrzymywania zadanego toru lotu modelu.

W efekcie – znika większość szumów elektrycznych docierających do żyroskopu. Nawet te, które występowały dotąd po bardzo dużej filtracji ustawionej w sekcji Filter Settings w Betaflight.

Dodatkowo – włączenie funkcji RPM Filter znacznie redukuje czas odpowiedzi silników na dane oraz sprawia, że ich praca jest znacznie płynniejsza i cichsza.

Dostajemy więc jeszcze jeden prezent:

  • Znacznie lepsza kontrola efektu prop wash (mielenia powietrza przez śmigła, zanim nastąpi prawidłowa stabilizacja lotu drona) – a więc lot będzie jeszcze płynniejszy – tak samo jak wykonane ujęcia z kamery HD.

Musimy być jednak świadomi, że RPM Filter pomaga na zniwelowanie większości szumu elektrycznego, ale nie jest w stanie całkowicie zredukować hałasu pochodzącego od:

  • źle wyważonych śmigieł i silników,
  • uszkodzonych łożysk silników,
  • uszkodzonych silników,
  • luźno przemieszczających się elementów w ramie (np. wtyczki).

Zatem dla pełnej wydajności RPM FILTER w Betaflight, powinniśmy najpierw wyeliminować wszelkie wymienione wyżej czynniki. W przeciwnym wypadku włączenie filtracji po telemetrii z ESC nie przyniesie aż tak dobrego rezultatu.

RPM Filter i Betaflight 4.1 – przełom w dronach nie dla wszystkich?

Niestety nie wszyscy będą mogli skorzystać z funkcji RPM Filter.

Dotyczy to posiadaczy Elektronicznych Regulatorów Prędkości opartych o procesory BB2 i oprogramowanie BLHELI_S.

regulatory ESC 4in1 GEPRC SPAN F722-vtx 50A blheli_32 rpm filter betaflight bidirectional dshot
Przykładowy Elektroniczny Regulator Prędkości 4w1
oparty na procesorze ARM 32-bit,
z oprogramowaniem BlHeli_32.

Do pełnej obsługi RPM Filter będą musieli najpierw wykupić dostęp do płatnego oprogramowania: JESC ESC DSHOT Bidirectional

Wg opisu na stronie twórcy JESC – płacimy ~5$ za możliwość pobrania oprogramowania obsługującego RPM Filter dla jednej sztuki regulatora ESC.

Musimy mieć na uwadze, że oprogramowanie JESC obsługuje większość dostępnych na rynku regulatorów, jednak nie wszystkie…
Dlatego przed zakupem oprogramowania JESC dla naszych regulatorów – skontaktujmy się najpierw z jego twórcą.
Natomiast, jeżeli jesteśmy posiadaczami regulatorów BLHELI_32 (procesor ARM 32bit) – możemy bezpłatnie pobrać i zainstalować oprogramowanie dla naszych ESC zawierające obsługę funkcji RPM Filter.
I o tym będzie dalsza część artykułu.

Ok, nie przedłużajmy już i i tak nieco za długiego wstępu, pora na właściwą konfigurację! 😉

Bidirectional DSHOT + Betaflight 4.1 = RPM FILTER – do dzieła!

UWAGA!
Przed przystąpieniem do poniższych operacji zdejmijmy śmigła z silników.
Dbajmy o własne i innych bezpieczeństwo!

Na początek musimy pobrać i wypakować (archiwum .ZIP) oprogramowanie BLHELI_32 Suite w wersji odpowiedniej dla naszego systemu operacyjnego.
W chwili pisania tego poradnika – najnowsze oprogramowanie BLHELI_32 Suite dla systemu MS Windows to:

  • BLHeliSuite32_32708.zip

Teraz otwieramy program BLHeliSuite32:

BlHeli_32 esc ustawienia dron 32-bit ico

i łączymy się z naszymi regulatorami ESC oraz odczytujemy z nich dane (przycisk Read Setup):

BLHeliSuite32 ESC Setup 2020 konfiguracja ESC dron

Powinniśmy ujrzeć podobne okno do poniższego – jest to potwierdzenie odczytania informacji z ze wszystkich dostępnych regulatorów ESC:

RPM Filter i Betaflight bidirectional dshot blheli_32 setup 1

Jeżeli nie wiesz, w jaki sposób połączyć program BLHELISuite z regulatorami w Twoim dronie, najpierw przeczytaj poradnik:

By przejść do dalszego kroku, klikamy przycisk OK, a następnie Flash BlHeli:

RPM Filter i Betaflight bidirectional dshot blheli_32 setup 2

Pojawi się nam następujące okno:

RPM Filter i Betaflight bidirectional dshot blheli_32 setup 3

Teraz zwróćmy uwagę na pozycję (1) – powinna być ustawiona na wartość Latest BlHeli_32 Revision (najnowsze dostępne oprogramowanie).

Oficjalne wsparcie protokołu DSHOT Bidirectional dla ESC, które umożliwia korzystanie z funkcji RPM Filter zaczyna się wraz z numerem 32.7 (poz. 2).

Kilkamy Ok (poz. 3), a w następnym oknie Yes:

RPM Filter i Betaflight bidirectional dshot blheli_32 setup 4

i czekamy, aż proces wgrywania najnowszego firmware dla ESC dobiegnie końca:

bidirectional dshot blheli_32 setup 5

Pomyślne wgranie oprogramowania do ESC zakończy się poniższą informacją:

bidirectional dshot blheli_32 setup 6.

Następnie otrzymamy zapytanie, czy chcemy wgrać ustawienia użytkownika z poprzedniej wersji – w większości przypadków będzie to odpowiedź twierdząca, czyli Yes:

W przypadku dronów 4-silnikowych (a więc z 4 regulatorami), cały proces będziemy musieli wykonać jeszcze 3 razy – dla każdego regulatora osobno.

Pomyślne wgranie najnowszego oprogramowania BlHeli_32 do wszystkich naszych ESC oznajmi informacja:

ESC bidirectional dshot blheli_32 setup ustawienia telemetria dron RPM Filter

Zwróćmy uwagę na parametry podkreślone czerwonymi liniami:

  • Input Frames Good – oznacza ilość prawidłowych ramek wejściowych do regulatorów,
  • Bad – liczba błędnych otrzymanych danych. Najlepiej, by zawsze wynosiła 0. Liczba większa od 0 może oznaczać problemy z komunikacją FC z którymś z regulatorów ESC.

Na koniec możemy rozłączyć się z programem BlheliSuite32 klikając na przycisk Disconnect.

Ok, połowa pracy za nami.

Teraz czas na włączenie obsługi RPM Filter w oprogramowaniu Betaflight.

RPM Filter i Betaflight – konfiguracja w Betaflight Configurator.

Przed nami już tylko kilka kroków do pełnej obsługi funkcji RPM Filter! 😉

Zacznijmy od uruchomienia programu Betaflight Configurator:

Betaflight configurator ico

i połączenia się z naszym kontrolerem lotu:

Betaflight konfiguracja

Następnie przejdźmy do zakładki Configuration i zwróćmy uwagę na sekcję ESC/Motor Features:

Betaflight 4.1 RPM Filter settings bidirectional dshot

Od wydania Betaflight 4.1 i wyżej otrzymujemy tutaj dwie dodatkowe funkcje:

  • Bidirectional DShot (requires supported ESC firmware), która odpowiada za włączenie obsługi dwukierunkowego protokołu DSHOT, a więc i funkcji RPM Filter;
  • Motor poles (number of magnets on the motor bell), w której musimy podać liczbę magnesów występujących w dzwonku silnika naszego drona.

Standardowo, w dronach 5-cali występuje 14 magnesów i taka wartość jest ustawiona, jako domyślna dla Betaflight. Jednak zalecam, by osobiście policzyć ile magnesów występuje w dzwonkach silników naszego drona.

Liczba magnesów będzie większa dla silników o szerszych statorach (a więc i większych modeli) i mniejsza dla silników o mniejszych wymiarach (używanych w mniejszych modelach).

Dzwonek silnik 2207 dron motor bell 2207 2400kv geprc
Rozebrany silnik GepRC GR2207 2400kv i widoczny jego dzwonek (14 magnesów).

Dokładną budowę oraz zasadę działania silników bezszczotkowych omówiłem w filmie:

Dla pełnej obsługi RPM Filter musimy:

  • ustawić właściwy protokół DSHOT naszych ESC:
    • Dla kontrolerów lotu z procesorami F4 zalecane jest ustawienie protokołu DSHOT300. Wyższy protokół może być za dużym obciążeniem dla procesora F4 i w konsekwencji procesor nie będzie nadążał z wykonaniem wszystkich funkcji…
      Częstotliwość pętli GYRO i PID (sekcja Sytem Configuration) ustawiamy na 4kHz;
    • Posiadacze kontrolerów lotu opartych na procesorach F7 mogą bez problemu ustawić protokół DSHOT600 oraz częstotliwość pętli GYRO i PID na 8kHz.
  • włączyć obsługę dwukierunkowego protokołu DSHOT: Bidirectional DShot (sekcja ESC/Motor Features):
  • wpisać odpowiednią liczbę magnesów występujących w dzwonku silnika naszego modelu:

I na koniec zapisać wprowadzone ustawienia poprzez kliknięcie na przycisk Save and Reboot (kontroler lotu uruchomi się ponownie z nowymi ustawieniami).

Od teraz mamy włączoną obsługę RPM Filter, jednak to nie jest jeszcze koniec konfiguracji.

RPM Filter i Betaflight 4.1 (bidirectional dshot) – ,,dopieszczamy” filtrację

Przejdźmy teraz do zakładki PID Tuning i Filter Settings:

betaflight filter settings

Następnie odszukajmy sekcję Gyro RPM Filter i ustawmy wszystko, jak na poniższym obrazku:

RPM Filter i Betaflight 4.1 (bidirectional dshot) gyro rpm filter

Wartość filtra: Dynamic Notch Filter Range domyślnie ustawione jest na Medium (dla dronów 5 cali), lecz możemy je zmienić na:

  • High (230-800hz) – dla małych modeli (2.5 – 3cali) o wysokoobrotowych silnikach,
  • Medium (140-550hz) – dla typowych, 5-calowych kopterów,
  • Low (80-330 Hz) – dla modeli o niższej prędkości obrotowej silników (6 i więcej cali),
  • Auto – wybiera samodzielnie zakres od wartości maksymalnej częstotliwości odcięcia filtra Gyro Dynamic Lowpass 1.

RPM Filter i Betaflight 4.1 (bidirectional dshot) – nim wykonamy pierwszy oblot modelu…

Zanim wykonamy pierwszy lot modelem z włączoną filtracją po obrotach silników, powinniśmy upewnić się, że wszystko działa właściwie.

Jak to sprawdzić?

Podłączmy nasz model (a w zasadzie kontroler lotu) do komputera i włączmy program Betaflight Configurator.

Następnie przejdźmy do zakładki Motors i zwróćmy uwagę na poziom błędów – przy odłączonej baterii LiPo powinien wynosić E:100%:

RPM Filter i Betaflight 4.1 gyro rpm filter motors error

Teraz podłączmy baterię do drona i włączmy silniki (oczywiście bez śmigieł!). Obserwujmy poziom błędów, który cały czas powinien wynosić 0%:

Jeżeli poziom błędów przy podłączonej baterii zasilającej cały czas wynosi 0-1%, a silniki pracują prawidłowo w całym zakresie – model jest w pełni gotowy do lotu.

W przeciwnym wypadku, musimy jeszcze raz przyjrzeć się naszej konfiguracji i poszukać przyczyny wyższego wskaźnika błędów w komunikacji FC z ESC. Przeanalizujmy jeszcze raz taktowanie pętli GYRO i PID oraz wybrany rodzaj protokołu DSHOT.

Na koniec zamieszczam Wam wykres z odczytu szumu przez żyroskop tuż po jednym z lotów (oczywiście z włączoną filtracją RPM):

Betaflight BLACKBOX LOG ADRIEE RPM Filter 0 noise

Lewa strona z wykresami obrazuje dane z żyroskopu już po filtracji.
Szum oznaczony jest kolorem żółtym – im mniej żółtego, tym lepiej.

Natomiast środkowa zawiera dane jeszcze przed filtracją.

Najwięcej szumu występuje w okolicach 250Hz, co można jeszcze poprawić – poprzez zastosowanie dodatkowej statycznej filtracji.
Jednak jest to już materiał na kolejny poradnik…

Przyjemnego latania! 🙂

4 myśli o “RPM Filter i Betaflight 4.1 (bidirectional dshot) – poradnik A-Z”

  1. świetny tutorial . Czy do flashowania esc trzeba najpierw wgrać BF4.1 .
    Mam koptery na esc dys i emax z blheli-s ,próbowałem wgrać za pomocą Blheli conf.2.1 i JazzMaverick opragr. zgodne z esc niestety bez powodzenia. Nie wiem czy to ma znacznie bo obecnie używam BF 3.5.7 Kierowałem się instrukcjami z github.

    1. Dziękuję! 😉 Najlepiej, by Betaflight był w wersji 4.1.+. Oficjalnie, obsługa RPM-Filter została wprowadzona w wydaniu BF 4.0, ale konieczne było wykonanie większej ilości ustawień i do tego była to taka wersja ,,raczkująca”. Niestety oprogramowanie Betaflight poniżej wersji 4.0, nie posiada obsługi RPM-Filter i m.in. na 3.5.7 nie będzie działać. Sprawdź, jaka będzie reakcja regulatorów na najnowszym oprogramowaniu Betaflifght i do tego – programie BlHeli Suite.

  2. Super opis,masz dużą wiedze (szacun ). Planuje włączyć funkcję RPM filter na jednym z moich modeli i sam jestem ciekawy jakie będą rezultaty : )

    1. Dziękuję! 😉 Już podczas pierwszego lotu powinieneś odczuć znaczną różnicę w pracy silników. RPM Filter jest warty poświęcenia swojego czasu, więc jeżeli tylko masz możliwość – śmiało możesz włączyć RPM Filter u siebie. Od siebie gorąco polecam, bo naprawdę jest warto! 😉

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *