四軸pid控制算法詳解單環(huán)pid、串級pid資料(參考版)
2025-08-02 00:39本頁面
【正文】 以上內(nèi)容，均為筆者學(xué)習(xí)過程中的體會和想法，難免有錯誤之處，還請諸位批評指出，共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。具體描述：懸停時，猛往一個方向打搖桿后立即放手，飛機會往搖桿方向走很遠(yuǎn)才停下。 除了上述討論的加速度計安裝水平問題，也需要對加速度計進(jìn)行零偏置校正，具體的方法叫做6位置標(biāo)定法：即將加速度計沿著6個方向放置，分別記錄重力加速度計g在6個方向上的最大輸出值，然后取平均，得到圓球的中心點(這里假設(shè)g投影為球，實際上為橢球，需要進(jìn)行最小二乘法擬合求三軸標(biāo)定系數(shù))。因此在加速度計的機械安裝時，盡量保證加速度計與機架水平。起飛后，PID控制算法會嘗試將加速度計調(diào)整至水平位置，因此四軸就會往圖中左邊飄，傾斜角度也為30176。四軸主視圖如圖所示。為了達(dá)到懸停、平穩(wěn)的飛行效果，控制算法輸出的PWM會讓加速度計輸出的重力加速度g在XOY平面內(nèi)的分量就可能少，也就是說：PID控制算法控制的不是機架水平，而是加速度計水平，PID不知道機架是什么東西，它只認(rèn)加速度計，它的使命就是讓加速度計水平。我先寫到這里，總結(jié)一下：精準(zhǔn)力矩精準(zhǔn)PWM精準(zhǔn)姿態(tài)加速度計輸出“精確”重力加速度g。 慣性導(dǎo)航利用的就是靜態(tài)性能好的加速度計去補償動態(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，加速度計是老大，它說了算。陀螺儀的特性就是高頻特性好，可以測量高速的旋轉(zhuǎn)運動；而加速度計的低頻特性好，可以測量低速的靜態(tài)加速度。 由此可見，加速度計是個十分重要的器件。眼看這三個問題是三個不同的問題，其實就原理上講，他們的原因在絕大多數(shù)情況下都是由于加速度計引起的。如何做到垂直起飛、四軸飛行時為何會飄、如何做到脫控？外環(huán)P：當(dāng)內(nèi)環(huán)PID全部整定完成后，飛機已經(jīng)可以穩(wěn)定在某一位置而不動了。從小到大，飛機的性能沒有多大改變，只是回中的時候更加平穩(wěn)；繼續(xù)增加D的值，可以肉眼看到四軸在平衡位置高頻震動(或者聽到電機發(fā)出滋滋的聲音)。在角速度環(huán)中的微分就是角加速度，原本四軸的震動就比較強烈，引起陀螺的值變化較大，此時做微分就更容易引入噪聲。的補償非常大，因此很難拉動，給人一種很穩(wěn)定的錯覺。這是由于積分項太大，拉動一下積分速度快，給從小到大，四軸會定在一個位置不動，不再往下掉；繼續(xù)增加I的值，四軸會不穩(wěn)定，拉扯一下會自己發(fā)散。這就是系統(tǒng)角速度靜差。內(nèi)環(huán)P：從小到大，拉動四軸越來越困難，越來越感覺到四軸在抵抗你的拉動；到比較大的數(shù)值時，四軸自己會高頻震動，肉眼可見，此時拉扯它，它會快速的振蕩幾下，過幾秒鐘后穩(wěn)定；繼續(xù)增大，不用加人為干擾，自己發(fā)散翻機。為了更為清晰的講解串級PID，這里筆者依舊畫出串級PID的原理框圖，如圖所示：同樣，為了幫助一些朋友編程實現(xiàn)，給出串級PID偽代碼：關(guān)于如何整定單環(huán)PID與串級PID的問題，請原諒筆者的能力有限，無法給出標(biāo)準(zhǔn)而可靠的整定流程，這里我給出三個鏈接，第一個為阿莫論壇的一位同學(xué)的單環(huán)PID整定現(xiàn)象與思考，個人覺得參考價值很大；第二、三兩個分別為APM與PX4的串級PID整定現(xiàn)象說明，大家可以參考他們的網(wǎng)頁說明。其實很簡單：它就是兩個PID控制算法，只不過把他們串起來了(更精確的說是套起來)。要控制四軸，顯而易見的是控制它的角度，那么最簡單，同時也是最容易想到的一種控制策略就是角度單環(huán)PID控制器，系統(tǒng)框圖如圖所示：或許有些朋友看得懂框圖，但是編程實現(xiàn)有一定困難，在這里筆者給出了偽代碼：上述角度單環(huán)PID控制算法僅僅考慮了飛行器的角度信息，如果想增加飛行
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