control-pid-zona-muerta

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control-pid-zona-muerta

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Use when a PID/feedback loop oscillates violently, loses to a disturbance, or the actuator can't do small corrections (deadzone, PWM floors, bang-bang, all-or-nothing motors). Symptoms - robot spins on its axis, fishtails/serpentea, correction overshoots and re-corrects opposite, raising or lowering gains both fail, "pierde la pulseada" against parasitic drift. Covers deadzone compensation, PFM/duty-cycling, PI as automatic feedforward, anti-windup, bench tuning titration.

Control PID con actuadores de zona muerta (control industrial aplicado al robot)

Principio central

Cuando el actuador no puede hacer "poquito" (zona muerta + pisos de PWM), un PID clásico falla por DOS modos opuestos — y subir o bajar ganancias solo cambia de modo:

Modo de falla	Síntoma	Por qué
Autoridad insuficiente	El error crece monótono ("pierde la pulseada")	La corrección clampeada < perturbación sistemática (ej: tope 40°/s vs deriva parásita 80°/s)
Sobre-corrección cuantizada	Oscilación violenta ±50-140°, trompos	Cualquier salida que supera el piso dispara el MÍNIMO FÍSICO del actuador (≫ lo pedido) → overshoot → corrección opuesta → ciclo límite

Banco 2026-06-12 (robot 2, strafe 200 mm/s): clamp 40°/s → runaway 0→-150° en 3 s; clamp 120°/s kp=3 → oscilación ±140° y trompo. AMBOS extremos confirmados en datos.

Las 4 herramientas (en orden de aplicación)

1. PFM / duty-cycling de la corrección (la clave con actuador todo-o-nada): no pidas "girar a 15°/s" (imposible); pedí "girar al mínimo físico, el 20% del tiempo". Se promedia en el tiempo → corrección fina EFECTIVA con actuador grosero. Período corto (100-200 ms) para que el promedio sea suave a escala del robot. duty = clamp(u_deseado / OMEGA_FISICO_ON, -1, +1) → aplicar omega ON los primeros |duty|·T ms de cada ventana T, OFF el resto.
2. Zona muerta DEL ERROR (deadband): si |err| < umbral (3-8°), salida CERO. Evita que el lazo persiga ruido y tiemble permanentemente alrededor del setpoint.
3. PI con anti-windup = feedforward automático: el integrador aprende solo la perturbación SISTEMÁTICA (deriva parásita del strafe) — esto ES la "auto-calibración" pedida. Límite duro del integrador (anti-windup) al rango que puede cancelar (~±perturbación máxima conocida); congelar integración mientras la salida está saturada o el duty está OFF.
4. Red de seguridad por estado: si |err| > umbral_grande (45°), el lazo está perdido → PARAR el movimiento, re-escuadrar quieto (donde el actuador es más confiable), asentar, retomar. Convierte el descontrol en recuperación.

Método de ajuste de banco (titración, 2-3 corridas)

1. Arrancar: kp = el validado del robot (HeadingPID 3.0), ki=0, deadband 5°, OMEGA_ON = mínimo físico medido, T=150 ms.
2. ¿Serpentea? → subir deadband (5→8°) o bajar kp (3→2). ¿Deriva lenta sin corregir? → activar ki chico (0.5/s) con anti-windup.
3. Medir SIEMPRE con datos (caja negra / panel), nunca a ojo: criterio = |err| < 10° sostenido durante el movimiento completo.

Errores comunes

• Subir el clamp para "ganarle" a la oscilación → la empeora (más overshoot).
• D-term contra actuador cuantizado → amplifica el ruido de cuantización; PFM primero.
• Integrador sin anti-windup → tras una saturación larga, descarga un latigazo.
• Tunear sin identificar la planta: medí PRIMERO la perturbación (deriva con lazo abierto) y el mínimo físico del actuador — esos 2 números dimensionan todo.

Valores YA validados del arquero (NO re-tunear a ciegas)

Antes de tocar el lazo de rumbo del arquero, leé los docs canónicos — esto ya está medido:

• Heading-hold por trim de la TRASERA (strafe continuo, strategy.cpp): GK_STRAFE_KP=2.0, KI=1.0, deadband=2°, band=18°, trim_max=30 PWM, i_max=18; GK_REAR_TRIM_SIGN=-1 (R2, confirmado banco 2026-06-18 — OJO: un signo invertido TAMBIÉN queda estable, pero a 180° del objetivo; se discrimina con captura de rumbo inicial). Trim traslacional: tope ±19 mm/s (arriba la trasera se dispara a su piso 107 = patada lateral).
• PFM clásico (correcciones por debajo del piso): kp=2.0, ki=0.4, deadband 5°, 100°/s, ventana 160 ms.
• La latencia del heading YA está al máximo de mitigación (verificado en código 2026-06-18): el BNO se lee a 100 Hz en top_robot2_pri (-DTOP_BNO_FAST + -DTOP_BNO_PRIMARY_ONLY horneados desde 2026-06-16 → BNO_READ_INTERVAL_MS=10), y top_robot2_pri_hpredict suma predicción (extrapola con el gyro) ENCIMA. top_robot2_pri_fastbno es REDUNDANTE con el base. ⚠️ El doc CONTROL-ARQUERO-LATERAL (2026-06-14) todavía dice "BNO 20 Hz / fix = fastbno" — DESACTUALIZADO, el código ya lo hornea. Si AÚN oscila con 100 Hz+predicción, NO es latencia: bajar GK_STRAFE_KI (1.0→0.5) y/o esperar el warm-up del BNO (la deriva inicial del giro es calibración del sensor, no rate).
• Docs canónicos: lazo + latencias → docs/firmware/CONTROL-ARQUERO-LATERAL-Y-LATENCIAS.md (ojo: su afirmación de "BNO 20 Hz" quedó vieja); todas las perillas con rango → docs/firmware/GUIA-DE-TUNING-CENTRAL.md.

REQUIRED BACKGROUND: la planta concreta de este robot está en la skill dinamica-omni-3-ruedas (pisos, deriva parásita medida, regímenes de velocidad).