PID Regler Simulation: Drohnen-Höhenregelung

Steuerung

Streckenparameter (fest):
Masse (m): 0.5 kg
Erdbeschl. (g): 9.81 m/s²
Max. Schub: ~15 N (wenn Limits aktiv)
Sim. Zeitschritt (dt): 0.03 s

Animation

SP: 200

Systemantwort

■ Höhe (PV) ■ Sollwert (SP)

Aktuelle Werte

Zeit: 0.00 s

Sollwert (SP): 200.0 m

Höhe (PV): 0.0 m

Geschwindigkeit: 0.0 m/s

Regeldifferenz (e): 200.0 m

P-Anteil: 0.00

I-Anteil: 0.00

D-Anteil: 0.00

PID-Ausgang: 0.00

Schubkraft: 0.00 N

Limitierungsmodus: Aktiviert

Ausgangsbegrenzung aktiv

Systemübersicht

Diese Simulation demonstriert die PID-Regelung der Flughöhe einer Drohne, einschließlich einer visuellen Animation und eines Zeitverlaufsdiagramms.

  • Streckenmodell: Vereinfachte Drohnendynamik: Masse * Beschleunigung = Schub - Masse * Erdbeschleunigung.
  • Regler: Ein PID-Regler berechnet die benötigte Schubkraft basierend auf der Höhendifferenz e = Sollwert (SP) - Höhe (PV).
  • Ziel: Stellen Sie die PID-Parameter (Kp, Ki, Kd) so ein, dass eine stabile und genaue Höhenregelung erreicht wird.
  • Visualisierung:
    • **Animation:** Zeigt die vertikale Bewegung der Drohne, die Zielhöhe (rote Linie) und die Rotoraktivität (Deckkraft basierend auf dem Schub).
    • **Diagramm:** Zeigt Höhe (PV) und Sollwert (SP) über der Zeit an.
  • Anti-Windup & Limits Schalter: Ermöglicht das Aktivieren/Deaktivieren der integralen Anti-Windup-Logik und der physikalischen Schubbegrenzung (0 bis ~15 N).
    • **Aktiviert (Standard):** Realistisches Verhalten mit Sättigung. Verhindert, dass der Integralanteil übermäßig anwächst, wenn der Schub am Maximum ist.
    • **Deaktiviert:** Ideales PID-Verhalten. Ignoriert Schubbegrenzungen und Anti-Windup. Nützlich zur Beobachtung der theoretischen PID-Antwort und des "Windup"-Phänomens, was oft zu unrealistischen Schubwerten und Instabilität führt.

Experimentieren: Beobachten Sie den Unterschied im Verhalten der Drohne und im Diagramm, wenn die Checkbox "Anti-Windup & Ausgangsbegrenzung" umgeschaltet wird. Sehen Sie, wie das Deaktivieren der Limits zu massiven Integralwerten (`I-Anteil`) und befohlenem `Schub` führen kann, was extremes Überschwingen oder Instabilität verursacht. Optimieren Sie die PID-Parameter in beiden Modi.