Lesson 13: Precision Landing Competition¶

Goal / 目標¶

Optimize your controller for precise 3m landing on a helipad.

自分のコントローラを最適化し、3m先のヘリポートに精密着陸する。

Overview / 概要¶

This is the final lesson. You use the rate PID controller you built in Lessons 5/8 and optimize the gains to achieve the most precise landing possible. The competition is simple: who can land on the helipad the fastest?

これが最終レッスン。レッスン 5/8 で実装した角速度PID制御のゲインを最適化し、最も精密な着陸を目指す。競技はシンプル: 誰が一番速くヘリポートに着陸できるか？

Competition Rules / 競技会ルール¶

Item / 項目	Rule / ルール
Objective / 目的	Land precisely on helipad 3m away / 3m先のヘリポートに精密着陸
Helipad / ヘリポート	40cm x 40cm
Distance / 距離	3m from pilot / パイロットから3m
Time limit / 制限時間	60 seconds / 60秒
Attempts / 試行	3 times (best time counts) / 3回（ベストタイム採用）
Scoring / 判定	ARM → takeoff → land on helipad time / ARM→離陸→ヘリポート着陸のタイム
Pilot / パイロット	Must stay at start position / 定位置から動かない
Disqualification / 失格	Flying outside safety area, hand intervention, pilot movement

What's Allowed / できること¶

Tune PID gains (Kp, Ki, Kd) / PIDゲイン調整
Add yaw control / ヨー制御追加
Add D-term filtering / D項フィルタ追加
Use telemetry / テレメトリ使用

What's NOT Allowed / できないこと¶

Cascade control (attitude -> rate) / カスケード制御
Automatic altitude hold / 自動高度保持
Copy other's code / 他人のコードコピー

Starting Template / スタートテンプレート¶

The student.cpp provides a rate PID controller (same structure as Lesson 8):

Stick Input ──> [Scale] ──> Target Rate ──>(+)──> Error ──> [PID] ──> Motor Mixer
                                            ^(-)
                                            |
                                          Gyro

Parameter	Default Value	Description / 説明
`Kp` (roll/pitch)	0.5	Rate P-gain / 角速度P ゲイン
`Ki` (roll/pitch)	0.3	Rate I-gain / 角速度I ゲイン
`Kd` (roll/pitch)	0.005	Rate D-gain / 角速度D ゲイン
`Kp_yaw`	2.0	Yaw P-gain / ヨーPゲイン
`Ki_yaw`	0.5	Yaw I-gain / ヨーIゲイン
`Kd_yaw`	0.01	Yaw D-gain / ヨーDゲイン

Tuning Strategy / チューニング戦略¶

Step / 手順	Action / アクション	What to observe / 観察するもの
1	Increase Kp until oscillation / Kpを振動するまで上げる	Response speed / 応答速度
2	Back off Kp by 20% / Kpを20%下げる	Stability margin / 安定余裕
3	Add Kd to reduce overshoot / Kdでオーバーシュート抑制	Damping / 減衰
4	Add Ki to remove steady-state error / Kiで定常偏差除去	Offset correction / オフセット補正
5	Repeat with telemetry analysis / テレメトリ解析しながら反復	Convergence / 収束

Tips / ヒント¶

Use Telemetry / テレメトリを活用する¶

ws::telemetry_send("roll_error", roll_error);
ws::telemetry_send("roll_out", roll_output);

sf log wifi     # View real-time telemetry / リアルタイムテレメトリ確認

D-Term Filtering / D項フィルタリング¶

// Low-pass filter on D-term to reduce noise
// D項にローパスフィルタをかけてノイズを低減
static float d_filtered = 0;
float d_raw = (error - prev_error) / dt;
d_filtered = 0.8f * d_filtered + 0.2f * d_raw;  // alpha = 0.8

Tuning Tips / チューニングのコツ¶

Change one parameter at a time / パラメータは1つずつ変更
Always record telemetry before and after / 変更前後のテレメトリを記録
If unstable, reduce all gains by 50% / 不安定なら全ゲインを50%に
Battery voltage affects thrust - check ws::battery_voltage() / バッテリ電圧で推力が変わる

Steps / 手順¶

sf lesson switch 13
Build and test the default PID controller / デフォルトPIDをビルドしてテスト
Practice takeoff and landing / 離着陸を練習
Tune gains: P → D → I / ゲイン調整: P → D → I の順
Use telemetry to analyze / テレメトリで解析
Iterate until satisfied / 満足するまで反復
Competition! / 本番！

Safety / 安全注意事項¶

Rule / ルール	Description / 説明
Wear safety glasses / 保護メガネ着用	Required in flight area / フライトエリア内必須
Start with low throttle / 低スロットルから	Increase gradually / 徐々に上げる
Immediately disarm if unstable / 不安定ならすぐDISARM	Safety first / 安全第一
Stay in flight area / フライトエリア内で	3m x 3m boundary / 3m x 3m の範囲内
Do not move from pilot position / パイロット位置から動かない	Disqualification if moved / 動いたら失格

Note / 注: 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。