四軸pid控制算法詳解單環(huán)pid、串級(jí)pid資料-資料下載頁(yè)
2025-07-30 00:39本頁(yè)面
【正文】 。 在姿態(tài)解算中，或者說(shuō)在慣性導(dǎo)航中，依靠的一個(gè)重要器件就是慣性器件，包括了加速度計(jì)和陀螺儀。陀螺儀的特性就是高頻特性好，可以測(cè)量高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而加速度計(jì)的低頻特性好，可以測(cè)量低速的靜態(tài)加速度。無(wú)論是何種算法(互補(bǔ)濾波、梯度下降、甚至是Kalman濾波器)，都離不開(kāi)對(duì)當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的測(cè)量和分析。慣性導(dǎo)航利用的就是靜態(tài)性能好的加速度計(jì)去補(bǔ)償動(dòng)態(tài)性能好的陀螺儀漂移特性，得到不飄并且高速的姿態(tài)跟蹤算法，因此基于慣性器件的姿態(tài)解算，加速度計(jì)是老大，它說(shuō)了算。 下面，我給大伙推理一下四軸如何平穩(wěn)飛信的思路，歡迎各位批評(píng)指出：:) 首先，為了讓四軸平穩(wěn)的懸停或飛行在半空中，四個(gè)電機(jī)必須提供準(zhǔn)確的力矩假設(shè)力矩與電機(jī)PWM輸出呈線(xiàn)性關(guān)系，也就是必須提供準(zhǔn)確的4路PWM4路PWM由遙控器輸入(期望角度)、PID算法及其參數(shù)和姿態(tài)解算輸出(當(dāng)前角度)組成，假設(shè)遙控器輸入不變(類(lèi)似脫控)、PID算法及其參數(shù)也較為準(zhǔn)確(PID參數(shù)無(wú)需十分精確，但只要在某個(gè)合理的范圍內(nèi)，控制品質(zhì)差不了多少)，也就是姿態(tài)解算的輸出必須是十分準(zhǔn)確的，可以真實(shí)反應(yīng)飛行器的實(shí)際角度姿態(tài)解算的結(jié)果由加速度計(jì)和陀螺儀給出，根據(jù)前述慣性導(dǎo)航的描述，加速度計(jì)補(bǔ)償陀螺儀，因此要得到精確的姿態(tài)解算結(jié)果，務(wù)必要求加速度輸出精確的重力加速度g這里僅討論懸停飛行，因此忽略掉額外的線(xiàn)性加速度(事實(shí)證明，在四軸強(qiáng)機(jī)動(dòng)飛行過(guò)程中，線(xiàn)性加速度必須要考慮并消除)，假設(shè)加速度計(jì)輸出重力加速度g，這個(gè)重力加速度g必須十分“精確”。 我先寫(xiě)到這里，總結(jié)一下：精準(zhǔn)力矩精準(zhǔn)PWM精準(zhǔn)姿態(tài)加速度計(jì)輸出“精確”重力加速度g。這里的“精確”打了引號(hào)，意思不是說(shuō)加速度的性能十分好，要輸出精確的當(dāng)?shù)丶铀俣萭，而是說(shuō)它能夠準(zhǔn)確反應(yīng)機(jī)架的角度。為了達(dá)到懸停、平穩(wěn)的飛行效果，控制算法輸出的PWM會(huì)讓加速度計(jì)輸出的重力加速度g在XOY平面內(nèi)的分量就可能少，也就是說(shuō)：PID控制算法控制的不是機(jī)架水平，而是加速度計(jì)水平，PID不知道機(jī)架是什么東西，它只認(rèn)加速度計(jì)，它的使命就是讓加速度計(jì)水平。我現(xiàn)在假設(shè)加速度計(jì)與機(jī)架存在某個(gè)角度，比如右傾30176。，四軸主視圖如圖所示。上圖中，加速度計(jì)(紅線(xiàn))與四軸機(jī)架的水平面(虛線(xiàn))呈30176。起飛后，PID控制算法會(huì)嘗試將加速度計(jì)調(diào)整至水平位置，因此四軸就會(huì)往圖中左邊飄，傾斜角度也為30176。這就是為什么飛機(jī)無(wú)法垂直起飛，或者飛行過(guò)程中往一個(gè)方向飄的原因：加速度計(jì)和機(jī)架沒(méi)有水平。因此在加速度計(jì)的機(jī)械安裝時(shí)，盡量保證加速度計(jì)與機(jī)架水平。如果有些朋友已經(jīng)將加速度計(jì)固定在飛控板上，可以通過(guò)遙控器的通道微調(diào)功能設(shè)置懸停時(shí)的期望角度，軟件上校正這種機(jī)械不水平。 除了上述討論的加速度計(jì)安裝水平問(wèn)題，也需要對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行零偏置校正，具體的方法叫做6位置標(biāo)定法：即將加速度計(jì)沿著6個(gè)方向放置，分別記錄重力加速度計(jì)g在6個(gè)方向上的最大輸出值，然后取平均，得到圓球的中心點(diǎn)(這里假設(shè)g投影為球，實(shí)際上為橢球，需要進(jìn)行最小二乘法擬合求三軸標(biāo)定系數(shù))。 最后提一點(diǎn)，如果加速度計(jì)和遙控器均做了調(diào)整，飛機(jī)可以做到垂直起飛，并且飛行效果還行，但是飛機(jī)的回中速度較慢，感覺(jué)就像是在抬轎子一樣。具體描述：懸停時(shí)，猛往一個(gè)方向打搖桿后立即放手，飛機(jī)會(huì)往搖桿方向走很遠(yuǎn)才停下。這是因?yàn)轱w機(jī)過(guò)于穩(wěn)定，也就是內(nèi)環(huán)的作用過(guò)強(qiáng)或者外環(huán)作用過(guò)弱導(dǎo)致，解決方法是降低內(nèi)環(huán)P或者加大外環(huán)P。以上內(nèi)容，均為筆者學(xué)習(xí)過(guò)程中的體會(huì)和想法，難免有錯(cuò)誤之處，還請(qǐng)諸位批評(píng)指出，共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。
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