드론 PID 튜닝 가이드: Betaflight 설정으로 비행 성능 최적화하기

 

PID가 무엇이며 왜 중요한가요?

드론 비행 성능을 최적화하기 위해 반드시 알아야 할 핵심 개념이 바로 PID입니다. PID는 Proportional(비례), Integral(적분), Derivative(미분)의 약자로, 드론의 비행 제어기(FC)가 안정적인 비행을 유지하기 위해 사용하는 제어 알고리즘입니다. 

• P (Proportional) 값: 드론이 목표 각도에서 벗어났을 때, 얼마나 강하게 원래 위치로 되돌리려 하는지 결정합니다. P 값이 높을수록 드론은 더 빠르게 반응하지만, 너무 높으면 진동이 발생할 수 있습니다. 마치 고무줄처럼, 목표점에서 멀어질수록 더 강하게 당기는 힘이라고 생각할 수 있습니다.
• I (Integral) 값: 드론이 한쪽으로 계속 기울어지는 현상(드리프트)을 보정하는 역할을 합니다. 장시간 비행 중 발생하는 미세한 오차를 누적하여 천천히 보정해 줍니다. 바람 같은 외부 요인에 의해 드론이 미세하게 흔들릴 때, 이 값을 통해 안정적인 자세를 유지하게 됩니다.
• D (Derivative) 값: 드론이 목표 각도를 지나쳐 오버슛 하는 현상을 방지하고, 움직임을 부드럽게 감쇠시키는 역할을 합니다. 마치 댐퍼나 브레이크처럼 작용하여 갑작스러운 움직임을 완화시킵니다. D 값이 너무 높으면 모터가 과열될 수 있으므로 주의해야 합니다.

PID 튜닝은 이 세 가지 값을 조정하여 드론이 외부 환경의 방해에도 불구하고 사용자의 조종에 정확하고 안정적으로 반응하도록 만드는 과정입니다. 마치 자동차의 서스펜션이나 핸들링을 조절하는 것과 같다고 볼 수 있습니다.

 

 

Betaflight 설정, 어디서부터 시작해야 할까요?

드론 조립을 마치고 첫 비행을 준비할 때, Betaflight 설정은 필수적인 수순입니다. Betaflight는 오픈소스 비행 제어기 펌웨어로, 대부분의 DIY 드론에 사용되고 있습니다. Betaflight Configurator 프로그램을 이용해 다음과 같은 필수 설정을 진행해야 합니다.

1. 초기 설정 (Setup): 드론의 센서(가속도계, 자이로스코프)가 정확하게 작동하도록 캘리브레이션을 수행합니다. 드론을 평평한 곳에 두고 "Calibrate Accelerometer" 버튼을 클릭하면 됩니다.
2. 포트 (Ports): 비행 제어기(FC)에 연결된 부품들(GPS, 수신기 등)이 통신할 수 있도록 각 UART 포트를 활성화합니다. 이 과정에서 라디오 수신기(RX)를 실수 없이 정확하게 설정해야 조종기와 드론이 바인딩될 수 있습니다.
3. 컨피규레이션 (Configuration): 모터 회전 방향, ESC 프로토콜(DShot 등), 모터 개수 등 기본적인 하드웨어 설정을 진행합니다. 드론의 종류에 맞게 쿼드콥터, 헥사콥터 등을 선택하는 것도 여기서 설정합니다.
4. 모드 (Modes): 조종기 스위치에 따라 드론의 비행 모드(Angle, Horizon, Acro 등)를 할당합니다. 초보자는 자가 수평 기능을 제공하는 Angle 모드를 먼저 설정하는 것이 좋습니다.

이러한 초기 설정들이 정확히 완료되어야만, 본격적인 PID 튜닝으로 넘어갈 수 있습니다. 마치 건물을 짓기 전 기초 공사를 튼튼하게 하는 것과 같습니다.

 

초보자를 위한 Betaflight PID 튜닝의 첫걸음

PID 튜닝은 복잡해 보이지만, Betaflight는 초보자도 쉽게 접근할 수 있는 기본값을 제공합니다. 대부분의 경우, 기본 PID 값만으로도 안정적인 비행이 가능합니다. 하지만 더 나은 비행 성능을 원한다면 몇 가지 기본 튜닝 팁을 시도해 볼 수 있습니다.

1. P 값 조정: 진동과 반응성의 균형

• P 값이 너무 낮으면: 드론이 조종에 둔감하게 반응하고, 바람에 쉽게 밀려 버립니다.
• P 값이 너무 높으면: 드론이 고주파 진동(High-Frequency Oscillations)을 일으키고 모터가 뜨거워집니다. 모터에서 소리가 나고, 영상이 떨린다면 P 값을 낮춰야 합니다.

팁: P 값을 조금씩 조정하면서 드론의 반응을 테스트해 보세요. 진동이 느껴지기 시작하는 지점에서 멈추고, 그 값보다 약간 낮게 설정하는 것이 좋습니다. 이 값을 찾기 위해 고급유저들은 일명 시소장치라고 만들기도 합니다.

 

2. I 값 조정: 드리프트 현상 제거

• I 값이 너무 낮으면: 드론이 의도치 않게 한쪽으로 미세하게 기울어지는 드리프트 현상이 발생합니다.
• I 값이 너무 높으면: 드론이 제자리에서 '웅웅'하는 소리를 내며 흔들리는 저주파 진동(Low-Frequency Oscillations)이 발생할 수 있습니다.

팁: 평지에서 호버링(제자리 비행)을 해보세요. 드론이 어느 한쪽으로 쏠린다면 I 값을 조금씩 조정하면서 보정해야 합니다.

3. D 값 조정: 자연스러운 움직임과 오버슛 방지

• D 값이 너무 낮으면: 드론이 급격한 조작 시 목표 각도를 지나쳐 버리는 오버슛(Overshoot) 현상이 발생합니다. 마치 브레이크 없이 달리는 차와 같습니다.
• D 값이 너무 높으면: 모터에 과부하가 걸려 모터가 뜨거워지고 진동이 발생할 수 있습니다.

팁: 급격하게 스틱을 튕기듯이 조작했을 때 드론이 흔들림 없이 부드럽게 멈춘다면 D 값이 적절하다는 신호입니다.

 

전문가처럼 드론 PID 튜닝하기: 심화 과정

PID 튜닝에 익숙해졌으면, 이제 전문가 수준의 튜닝 기법에 도전해 볼 수 있습니다. 

1. PID 프로파일 활용하기: Betaflight는 여러 가지 PID 프로파일을 저장할 수 있습니다. 바람이 많이 부는 날, FPV 레이싱을 할 때, 부드러운 영상 촬영을 할 때 등 상황에 따라 다른 프로파일을 적용하여 최적의 비행 성능을 낼 수 있습니다.
2. Filter 조정: PID 튜닝에 앞서, 모터와 프로펠러에서 발생하는 진동 노이즈를 제거하는 필터(Filter)를 먼저 조정해야 합니다. 필터 값을 조절하여 불필요한 노이즈를 제거하면 PID 튜닝의 효율을 극대화할 수 있습니다.
3. Rate 및 Expo 설정: Rate는 조종기 스틱의 민감도를, Expo는 스틱이 중심부에 있을 때의 민감도를 조절합니다. Rate와 Expo를 미세하게 조정하여 본인의 조종 스타일에 맞게 비행 감각을 최적화할 수 있습니다.

PID 튜닝은 정답이 없으며, 드론의 무게, 모터, 프로펠러 등 각 부품의 조합에 따라 최적의 값이 달라집니다. 충분한 드론 비행 시뮬레이터를 통해 감각을 익히고, 실제 튜닝 시에는 비행할 때마다 상태를 기억했다가 한 번에 하나의 값만 조금씩 변경하며 비행 테스트를 반복하는 것이 중요합니다.

 

결론: 나만의 완벽한 드론을 향한 여정

드론 제작의 여정은 조립에서 끝나는 것이 아니라, Betaflight 설정과 PID 튜닝을 통해 비로소 나만의 비행 감각을 담는 과정입니다. 이 가이드를 통해 제시된 정보와 팁을 활용하여, 여러분의 드론이 더 빠르고, 더 안정적이며, 더 정확하게 움직이도록 만들어보세요.

PID 튜닝은 시행착오의 연속일 수 있지만, 그 과정 속에서 드론의 원리를 깊이 이해하고 비행의 즐거움을 배가시킬 수 있습니다. 오늘 배운 내용을 바탕으로 자신만의 완벽한 드론을 만들어 비행의 자유를 만끽하시길 바랍니다. 함께 드론 제작의 즐거움을 느껴보세요!