四轴飞行器PID控制器

Question

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我的任务是为微型四轴飞行器设计和构建速度PID控制器，而不是在室内飞行。四轴飞行器飞行的房间配备了基于摄像头的高精度室内跟踪系统，可以为四轴飞行器提供速度和位置数据。由此产生的系统应该能够接受每个轴（x，y，z）的目标速度，并以该速度驱动四轴飞行器。

四轴飞行器的控制输入是侧倾/俯仰/偏航角度和高度的推力百分比。

我的想法是为每个轴实施一个PID控制器，其中SP是该方向上所需的速度，测量值是跟踪系统提供的速度，输出值分别是滚动/俯仰/偏航角度推力百分比。

不幸的是，因为这是我第一次接触控制理论，我不确定我是否正朝着正确的方向前进。

问题

• 我理解基本的PID控制器原理，但它仍然存在 我不清楚如何将速度（m / s）转换成滚动/俯仰/偏航 （弧度）只加总误差并乘以常数？ 是的，速度和滚动/俯仰是成正比的，它也是如此 意味着通过乘以正确的常数产生正确的 导致

• 对于垂直速度控制器的情况，如果速度设置为0，则四轴飞行器实际上应保持其高度而不上升或下降。如何将这个与PID控制器集成在一起，以便当误差实际为0时推力值不为0（应该保持悬停而不是下降）？我应该在输出中添加一个常量项吗？

• 一旦系统实施，这将是一个好方法 调整PID增益参数？手动试错？

• 系统开发的下一步是附加层 位置PID控制器，作为设定点所需的 位置（x，y，z），测量位置由室内提供 跟踪系统和输出是x / y / z速度。这是一个好方法吗？ 分离这些PID控制层的原因是该项目是一个促进可重用性的更大框架的一部分。使用单层PID控制器直接将位置坐标作为设定值并输出滚动/俯仰/偏航/推力值会更好吗？

Answer 1

• 这是基本的想法。理论上，您可以在系统中使用几个常量来从一个单元转换为另一个单元。在您的情况下，P，I，D常数将隐含地包含正确的转换因子。例如，如果在一个理想化的系统中你想要通过反馈来控制角度，P = 0.5度，你可以访问的是速度，你知道5度倾斜给出1 m / s，那么你会编程P控制器将测量速度乘以0.1，结果将是角度的控制输入。
• 我认为最好的方法是实现一个SISO PID控制器，不是高度（h），而是垂直速度（dh / dt），推力百分比作为输出，但我不确定。
• 不幸的是，如果您对参数没有预先了解，那将是唯一的方法。如果四轴飞行器坠毁，我建议一个不会造成太大伤害的环境......
• 这听起来像是一个很好的方式

Answer 2

我可能会对您的博客感兴趣：http://oskit.se/quadcopter-control-and-how-to-really-implement-it/

基本原理很容易理解。调整要困难得多。我花了最多的时间来实际知道要输入pid控制器的内容以及变量上的+和 - 符号之类的小东西。但最终我解决了这些问题。

测试PID控制器的最佳方法是使用某种方法动态设置值，这样您就不必每次都重新编译固件。我在我工作的四轴飞行器固件中使用mavlink。使用mavlink，可以使用支持mavlink协议的任何地面控制软件轻松配置直升机。

从小处开始，使用现成的控制器构建一个工作的直升机，然后自己编写。然后测试并调整它并进行实验。除非您自己尝试构建直升机，否则您永远不会真正了解PID控制器。我的裸机软件开发库可以帮助您更轻松地编写软件，而无需担心硬件驱动程序的实现。链接：https://github.com/mkschreder/martink

Answer 3

如果您使用的是python编程语言，则可以使用ddcontrol框架。 您可以通过SISO数据估算传递函数。为此，可以使用tfest函数。然后，您可以使用pidopt函数来优化PID控制器。