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固定翼四轴通用的串级PID算法分享,非常稳定好调

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ID:171096 发表于 2017-3-17 01:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
声明:楼主是四轴飞行器的爱好者(废话,不喜欢会做这个!!?)以前学习过相关方面的知识,不过开始的时候没有太多资金,而且无刷电机很危险,所以先从小四轴开始玩起,经过一年的努力四轴终于可以比较稳定的飞行了(程序参考了匿名和蜂鸟四轴,感谢他们的无私奉献

做的时候发很多人都在抱怨四轴参数难调,刚开始我也使用的是常见的pid控制,发现对参数确实十分敏感,很难达到稳定的效果,甚至直接使用陀螺仪的数据进行角速率反馈得到的效果都比它好。

通过查阅资料我发现四轴一般会被简化为一个低阻尼的二阶系统角速率反馈恰恰可以增加它的阻尼(这个在二代的战斗机比如歼7中广泛采用,是改善阻尼的好方法)。于是我就是用了在固定翼飞机上常常采用的串级pid来调试,经过师兄理论上的指点,四轴已经可以比较稳定的飞行。

这个算法有固定翼的控制,和四轴控制原理相同。 首先使用角速率反馈作为内环,在用角度反馈作为外环,只要内环的参数调整合适,外环的参数从个位数变成六七十,四轴都可以稳定的飞行。

参数调节:
113835jqenzdtqeezzzqae.png.thumb.jpg
113837ha43fngh74x76pn3.png.thumb.jpg

还有代码分享:

  1.     void GET_EXPRAD(void)                     
  2.     {
  3.             EXP_ANGLE.X = (float)(-(Rc_Get.ROLL-1500)/30.0f);      
  4.             EXP_ANGLE.Y = (float)(-(Rc_Get.PITCH-1500)/30.0f);
  5.             EXP_ANGLE.Z = (float)(Rc_Get.YAW);
  6.     //        printf("%f %f",MPU6050_ACC_LAST.Y*cos(Q_ANGLE.X/57.3)-MPU6050_ACC_LAST.Z*sin(Q_ANGLE.X/57.3),MPU6050_ACC_LAST.X*cos(-Q_ANGLE.Y/57.3)-MPU6050_ACC_LAST.Z*sin(-Q_ANGLE.Y/57.3));
  7.     //        DIF_ANGLE.X = (ACC_AVG.Y*cos(Q_ANGLE.X/57.3)-ACC_AVG.Z*sin(Q_ANGLE.X/57.3))/500;
  8.     //        DIF_ANGLE.Y = (ACC_AVG.X*cos(-Q_ANGLE.Y/57.3)-ACC_AVG.Z*sin(-Q_ANGLE.Y/57.3)/500);
  9.       DIF_ANGLE.X = EXP_ANGLE.X - Q_ANGLE.X;
  10.       DIF_ANGLE.Y = EXP_ANGLE.Y - Q_ANGLE.Y;
  11.     //        DIF_ANGLE.Z = EXP_ANGLE.Z - GYRO_I[0].Z;
  12.     //        DIF_ANGLE.X = EXP_ANGLE.X - GYRO_I[0].X;
  13.     //        DIF_ANGLE.Y = EXP_ANGLE.Y - GYRO_I[0].Y;
  14.     //        DIF_ANGLE.Z = EXP_ANGLE.Z - GYRO_I[0].Z;
  15.     }

  16.     void CONTROL(void)
  17.     {
  18.             static float thr=0,rool=0,pitch=0,yaw=0;
  19.             static float rool_i=0,pitch_i=0;
  20.             static float rool_dif=0,pitch_dif=0;
  21.             static float rool_speed_dif=0,pitch_speed_dif=0;
  22.             float rool_out,pitch_out;
  23.             uint16_t THROTTLE;

  24.             GET_EXPRAD();
  25.            
  26.             rool         = PID_ROL.P * DIF_ANGLE.X;      
  27.             rool_i += PID_ROL.I * DIF_ANGLE.X * 0.002;
  28.             rool_i = between(rool_i,30,-30);
  29.             rool += rool_i;
  30.             rool += PID_ROL.D * (DIF_ANGLE.X-rool_dif) * 500;
  31.             rool_dif = DIF_ANGLE.X;
  32.       ///////////      
  33.             pitch         = +PID_ROL.P * DIF_ANGLE.Y;      
  34.             pitch_i += PID_ROL.I * DIF_ANGLE.Y * 0.002;
  35.             pitch_i = between(pitch,30,-30);
  36.             pitch += pitch_i;               
  37.             pitch += PID_ROL.D * (DIF_ANGLE.Y-pitch_dif) * 500;
  38.             pitch_dif = DIF_ANGLE.Y;
  39.             ///////////
  40.     //      
  41.             rool -= GYRO_AVG.X* Gyro_G;
  42.             rool_out=PID_PIT.P*rool;
  43.             rool_out += PID_PIT.D*(rool- rool_speed_dif)*500;
  44.             rool_speed_dif = rool;
  45.            
  46.             pitch -= GYRO_AVG.Y* Gyro_G;
  47.             pitch_out=PID_PIT.P*pitch;
  48.             pitch_out += PID_PIT.D*(pitch- pitch_speed_dif)*500;
  49.             pitch_speed_dif=pitch;

  50.     //        rool=PID_PIT.I*(rool-GYRO_AVG.X* Gyro_G);
  51.     //        pitch=PID_PIT.I*(pitch-GYRO_AVG.Y* Gyro_G);
  52.            
  53.     //        PID_YAW.dout = 20 * (MPU6050_GYRO_LAST.Z* Gyro_G-(Rc_Get.YAW-1500)/10);
  54.             PID_YAW.dout = 10 * (GYRO_AVG.Z* Gyro_G-(Rc_Get.YAW-1500)/10);

  55.             PID_ROL.OUT = rool_out;
  56.             PID_PIT.OUT = pitch_out;
  57.             PID_YAW.OUT = PID_YAW.dout;
  58.            
  59.     /////////////
  60.     //        GYRO_I[0].Z += EXP_ANGLE.Z/3000;
  61.     //        yaw = -10 * GYRO_I[0].Z;
  62.     //      
  63.     //        yaw -= 3 * GYRO_F.Z;      
  64.             THROTTLE=Rc_Get.THROTTLE;
  65.             if(THROTTLE>1050)
  66.             {
  67.     //                if(THROTTLE>1950)
  68.     //                {
  69.     //                        THROTTLE=1950;
  70.     //                }
  71.                     THROTTLE = THROTTLE/cos(Q_ANGLE.X/57.3)/cos(Q_ANGLE.Y/57.3);      
  72.                   
  73.                     moto1 = THROTTLE - 1000 + (int16_t)PID_ROL.OUT - (int16_t)PID_PIT.OUT - (int16_t)PID_YAW.OUT;
  74.                     moto2 = THROTTLE - 1000 + (int16_t)PID_ROL.OUT + (int16_t)PID_PIT.OUT + (int16_t)PID_YAW.OUT;
  75.                     moto3 = THROTTLE - 1000 - (int16_t)PID_ROL.OUT + (int16_t)PID_PIT.OUT - (int16_t)PID_YAW.OUT;
  76.                     moto4 = THROTTLE - 1000 - (int16_t)PID_ROL.OUT - (int16_t)PID_PIT.OUT + (int16_t)PID_YAW.OUT;
  77.             }
  78.             else
  79.             {
  80.                     moto1 = 0;
  81.                     moto2 = 0;
  82.                     moto3 = 0;
  83.                     moto4 = 0;
  84.             }
  85.             if(Q_ANGLE.X>45||Q_ANGLE.Y>45||Q_ANGLE.X<-45||Q_ANGLE.Y<-45)
  86.             {
  87.                     ARMED=0;
  88.                     LED3_OFF;
  89.             }
  90.     //        printf("moto=%d %d %d %d",moto1,moto2,moto3,moto4);
  91.             if(ARMED)        MOTO_PWMRFLASH(moto1,moto2,moto3,moto4);
  92.             else                        MOTO_PWMRFLASH(0,0,0,0);
  93.     }
复制代码
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ID:204748 发表于 2017-5-27 13:01 来自手机 | 显示全部楼层
谢谢分享。谢谢奉献。谢谢楼主。
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