Lesson 5: Rate P-Control + First Flight¶

Goal / 目標¶

Implement proportional (P) feedback control on angular rate and achieve your first controlled flight.

角速度に対する比例(P)フィードバック制御を実装し、初めての制御された飛行を行う。

Prerequisites / 前提条件¶

Lesson 1-4 completed (motor, controller, LED, IMU)
Propellers installed correctly (check rotation direction! / 回転方向を確認！)
Clear open space (3m x 3m minimum) / 広い空間（最低3m x 3m）
Safety glasses / 保護メガネ

Key Concept: Feedback Control / フィードバック制御¶

Open loop (Lesson 2) vs. Closed loop (this lesson):

Open Loop (Lesson 2):
  stick --> motor        No correction! Unstable.
                         補正なし！不安定

Closed Loop (P-Control):
  stick --> [scale] --> target -->(+)--> error --> [Kp] --> motor_mixer --> motors
                                  ^(-)                                      |
                                  |                                         v
                                  +-------- gyro <-------- drone physics <--+

  The gyro measures the actual rate and feeds it back.
  ジャイロが実際の角速度を計測しフィードバックする

How P-Control Works / P制御の仕組み¶

error = target_rate - actual_rate
output = Kp * error

Parameter	Description	説明
`target_rate`	Desired angular rate from stick	スティック入力からの目標角速度
`actual_rate`	Measured rate from gyro	ジャイロ計測値
`error`	Difference (target - actual)	偏差（目標 - 実際）
`Kp`	Proportional gain	比例ゲイン
`output`	Control signal to mixer	ミキサーへの制御信号

Tuning Kp / Kp の調整¶

Kp	Behavior	挙動
Too low	Sluggish, poor tracking	応答が鈍い、追従性が悪い
Just right	Quick response, small steady-state error	素早い応答、小さい定常偏差
Too high	Oscillation, vibration	振動、発振

Important: P-control alone has steady-state error. The drone will drift slightly. This is normal and will be fixed in Lesson 8 (PID).

重要: P制御だけでは定常偏差が残る。ドローンは多少ドリフトする。これは正常で、レッスン8(PID)で解消する。

API / 使用するAPI¶

Function	Description	Range
`ws::gyro_x()`	Roll rate [rad/s]	~-10 to +10
`ws::gyro_y()`	Pitch rate [rad/s]	~-10 to +10
`ws::gyro_z()`	Yaw rate [rad/s]	~-10 to +10
`ws::rc_roll()`	Roll stick	-1.0 to +1.0
`ws::rc_pitch()`	Pitch stick	-1.0 to +1.0
`ws::rc_yaw()`	Yaw stick	-1.0 to +1.0
`ws::rc_throttle()`	Throttle stick	0.0 to 1.0
`ws::motor_mixer(T,R,P,Y)`	Apply thrust + control
`ws::is_armed()`	Check ARM state	true/false
`ws::telemetry_send(name, val)`	Send telemetry data

Steps / 手順¶

sf lesson switch 5
Fill in the TODO sections in student.cpp
Build and flash: sf lesson build && sf lesson flash
Safety checklist before flight / フライト前安全チェック:
Battery fully charged / バッテリー満充電
Throttle stick at minimum / スロットルスティック最小
Clear area around drone / 機体周辺に障害物なし
Safety glasses on / 保護メガネ着用
ARM the drone
Slowly increase throttle to ~40-50%
Observe: does the drone resist tilting?
If oscillating: reduce Kp. If sluggish: increase Kp.

Safety / 安全注意事項¶

Rule	説明
Wear safety glasses	保護メガネを着用する
Start with low throttle	低スロットルから始める
Immediately disarm if unstable	不安定ならすぐディスアーム
Test over soft surface	柔らかい面の上でテスト
Keep fingers away from propellers	プロペラに指を近づけない

Note / 注: StampFly has built-in propeller guards and is small enough that propellers pose minimal risk. / StampFly はプロペラガード一体型で、極めて小型のためプロペラの危険性は低いです。

Challenge / チャレンジ¶

Try different Kp values (0.2, 0.5, 1.0, 2.0) and observe the response
Add ws::telemetry_send() to log error and output values
Can you hover for 5 seconds?