【21ic飞控】教你从头DIY自己的四轴飞行器-调试篇

lfjwfm · 发表于 2014-11-26 13:37

本帖最后由 wwfiney 于 2014-11-26 13:46 编辑

上一篇**介绍了基本硬件平台的搭建
http://bbs.21ic.com/icview-834204-1-1.html

下面开始讨论调试问题
由于我们采用PID的控制模式模式，调试的关键就是P，I，D这三个参数
这里不对PID的基础概念进行讨论
简单点说，如果系统往左偏，我们自然希望“向右转”，但是用“多大力”向右转呢？我们需要有一定的“依据”
依据就是我们设定的目标（比如平衡就是角度0度）和当前值实际值（比如左偏了10度，记作当前负10度）的差值（误差），0减负10就是正10
这个就是我们计算需要“多大力”的一个基准
简单点的单级PID，直接拿这个“误差”做运算得出“多大力”向右转
P是直接乘以这个“误差”的，所以P越大，则往右转动的力越大，即调整的速度越快
I是历史累计误差乘以的一个系数，什么意思呢，就是你这次测量“依据”是10，下次转过来了5度，“误差”就变成5了，但是还是有误差，累计上次就是15了，可以看出这个值和做PID调整的频率是有关系的
D是说现在变化的趋势，是这次的“误差”减去上次的“误差”，上面那个例子5减去10就是负5，说明虽然还没到设定值（平衡位）但是误差在变小了
能看出来，大家都是“正”的这个是“负”的，就会阻碍“大力调整”，所以大家称这个为“阻尼力”。通俗点说，就是虽然还没到位置，但是很接近了，我们就别这么快了，否则一下子“超过去”了

上面简单的说了PID的原理，那么PID取多少值？5？50？500？
这个与你的系统有关系，做PID的调整周期
还有就是输出值的意义，比如你用5作为PID算出来调整20，这个20什么意义？要对应到你的电机的马力输出
举个例子如果这个值是直接加到16位的PWM计数器的，那么20对于65535的计数器才有多大的变化？这时候你可能是需要用50或者500来得到20000这么大的值

那么如何调整PID的值呢
在讨论这个问题之前，我们需要建立“调试环境”
四轴的调试原则是：
1 调左右摆动（ROLL）和前后仰俯（pitch），自身旋转（yaw）容易修正，不作为主要调试
2 固定住四轴，只留一个方向的自由度，来调整这个方向

说起来比较容易，“只留一个方向的自由度”这个怎么实现？
最容易想到的就是类似平衡杆一样的结构，让四轴只能“左右”转，来调整roll和pitch
但是实现起来有一定难度，如何把一个“杆”固定在四轴底下，而且可以自由转动，四轴还不会往“前后”跑呢？

本文主要讨论调试环境的搭建，有个科学方便的调试环境，会很容易得到满意的PID
对于小四轴用绳子拴住就行了：

找个小空间，拴住两头，绷紧绳子就可以调试roll或者pitch

但是大四轴有半米的大小，这种方法就比较麻烦
家里有两个大柱子或者重物来栓绳子的不多，寝室的梯子普通家里是没有的
而且重达1kg以上的四轴，用绳子对其的约束力也会大大减小

我们需要一个简单，牢固，廉价，易收拾（家里人不会希望你整一滩在那里吧:)）的方法来做平衡架
首先来个设计图

那么如何做这个架子且易收藏呢？
经过考虑，pvc水管是一个不错的选择
在大四轴底下绑一个“四通”可以很方便的调试roll和pitch
并且测试完可以拆卸，不占地方
pvc管材并不贵

搭建原型

固定四通

为了不让四轴前后滑动，用螺丝固定住，换轴向的时候拧下来就行了

上架测试

然后找重物压住架子就可以调试了

关于整定PID的值
网上很多教程，这里不细说
简单说，就是I和D都设为0，调整P，因为P是直接乘“误差”，所以最直接简单
P太大会忽左忽右的，太小半天调不过来，所以先把P整定在一个既能很快调整到平衡又“左右晃动”幅度不太大的位置
然后微调I或者D，或者干脆没有I和D

crazyflie用的是串级PID
用了2级PID
再次简单点说第一级是计算当前的“角度”和目标的差值，做PID运算，得出一个“调整值”，可以看作需要转动的“加速度”
陀螺仪可以获得的当前该方向的“加速度”，如果把前面根据“角度”差计算出的需要的“加速度”当作目标值，陀螺仪当前测定值作为实际值，那么这又是一个PID
算出最终输出的“电机马力”调整值

发表于 2014-11-26 13:37

学习了

发表于 2014-11-26 13:37

发表于 2014-11-26 13:37

赞一个

发表于 2014-11-26 13:37

好东东、、、

发表于 2014-11-26 13:37

发表于 2014-11-26 13:37

发表于 2015-8-14 20:26

楼主还在吗？我想请问下，玩四轴所需，分为两部分：零件即机架电调一类与遥控器是吗？前者需要花钱，而后者需要费脑（diy最主要还是体现在这里吧？如果自购遥控器是否可以对遥控器的程序进行设计？）是吗？
求楼主抽空解答，感激不尽

发表于 2015-8-15 09:44

本帖最后由 wwfiney 于 2015-8-15 09:46 编辑

ILhxm 发表于 2015-8-14 20:26
楼主还在吗？我想请问下，玩四轴所需，分为两部分：零件即机架电调一类与遥控器是吗？前者需要 ...

你可以分为飞机本体和遥控器两个部分
遥控器都是买现成的，除非你想自己定协议，否则没必要自己做
现在世面的通用遥控器都是遵循一定规则，配合接收器
搜索PPM信号
所以遥控器没必要自己编程，很多也是不开放给开发者编程遥控器的
你要做的是使自己飞机本体的软硬件适应遥控器的信号

发表于 2015-8-15 12:08

wwfiney 发表于 2015-8-15 09:44
你可以分为飞机本体和遥控器两个部分
遥控器都是买现成的，除非你想自己定协议，否则没必要自己做
现在世 ...

感谢楼主回复。
那如果不用遥控器呢？我看到一些姿态解算的帖子，这个是通过电脑来实现控制吗？

发表于 2015-8-21 10:08

好东西，感谢楼主分享~

发表于 2015-8-21 13:08

好贴，马上要调试大四轴，很有用

发表于 2015-8-27 09:16

ILhxm 发表于 2015-8-15 12:08
感谢楼主回复。
那如果不用遥控器呢？我看到一些姿态解算的帖子，这个是通过电脑来实现控制吗？ ...

不用遥控器这个其实已经是四轴飞行器的高级范畴了
因为如果不用遥控器，就意味着你下达的是宏观命令，需要飞机有足够的自我管理能力
姿态解算是维持飞机自平衡的关键步骤之一，所以是在机载的处理器上实现的
我们的遥控器下达的是一个“目标角度”，比如你向前推一定幅度，其实飞机接收到的是“我要维持前倾xx角度”，然后通过传感器来解算当前的姿态（角度），判断与“目标角度”的差距，然后交给PID来计算。
如果你不想用通用的遥控器，可以参考crazyflie的设计，通过电脑来控制，不过电脑还是要借手柄，当然你也可以映射键盘作为控制，但是我不认为这样会舒服

发表于 2015-8-28 11:03

学习了！

发表于 2016-6-11 14:57

赞一个。。。

发表于 2016-9-13 10:45

调了好久，串级pid还是调不好

发表于 2016-10-14 08:57

这个不错，收藏先

发表于 2016-10-29 19:37

学习了，欢迎来跑跑航模交流技术。paopaola.com

发表于 2016-11-2 19:13

学习学习

发表于 2018-3-1 11:03

最近开始玩四轴，获取了MPU6050的数据后，不知道怎样用PID进行控制

[新手入门] 【21ic飞控】教你从头DIY自己的四轴飞行器-调试篇

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