四軸PID控制器

Question

語境

我的任務是設計和建造的速度PID控制器的微四軸比蒼蠅室內。 Quadcopter飛行的房間配備了基於攝像頭的高精度室內跟蹤系統，可以爲四軸飛行器提供速度和位置數據。最終的系統應該能夠接受每個軸（x，y，z）的目標速度並以該速度驅動四軸飛行器。

四軸飛行器的控制輸入是高度的滾轉/俯仰/偏航角度和推力百分比。

我的想法是爲每個軸實現一個PID控制器，其中SP是該方向上所需的速度，測量值是跟蹤系統提供的速度，輸出值是滾轉/俯仰/偏航角，以及分別推力百分比。

不幸的是，因爲這是我第一次接觸控制理論，我不確定我是否正朝着正確的方向前進。

問題

• 我瞭解基本的PID控制器原理，但它仍然是 我不清楚它如何能速度（米/秒）轉換成滾動/俯仰/偏航 （弧度）通過只求和誤差並乘以常數？ 是的，速度和滾轉/俯仰直接成正比，所以它是否意味着通過乘以正確的常數得到正確的 結果？

• 對於垂直速度控制器的情況，如果速度設置爲0，則四軸飛行器實際上應該保持其高度而不上升或下降。如何將其與PID控制器集成在一起，以便在誤差實際爲0時推力值不爲0（應保持懸停，不會下降）？我應該爲輸出添加一個常數項嗎？

• 一旦系統已經實現，在調整PID增益參數時有什麼好方法 ？手動試錯？

• 在系統的開發中的下一個步驟是，所測量的位置由室內 跟蹤條件是取作爲設定點的期望 位置的位置PID控制器（X，Y，Z）的附加層 系統和輸出是x/y/z速度。這是一個好方法嗎？ 這些PID控制層分離的原因是該項目是促進可重用性的更大框架的一部分。使用直接將位置座標作爲設定值並輸出滾動/俯仰/偏航/推力值的單層PID控制器會更好嗎？

Answer 1

• 這就是基本思想。理論上你可以用系統中的幾個常量來轉換一個單位。在你的情況下，你的P，I，D常量將隱式包含正確的轉換因子。例如，如果在理想化的系統中，您希望通過P = 0.5度的反饋來控制角度，那麼您可以使用的所有速度都是速度，並且您知道5度傾斜度爲1米/秒，那麼您會編程P控制器將測得的速度乘以0.1，結果將成爲角度的控制輸入。
• 我認爲最好的方法是實現一個SISO PID控制器，不是以高度（h）爲單位，而是以推力百分比作爲輸出的垂直速度（dh/dt），但我不確定這一點。
• 不幸的是，如果您對參數沒有預先的瞭解，那將是唯一的出路。我建議，如果四軸崩潰，不會做太大的傷害這聽起來是個不錯的路要走

Answer 2

的方法是正確的環境...

。它花了一段時間，但經過一些試驗和錯誤的工作。 結果可以看這裏：https://www.youtube.com/watch?v=kC0z7a7aisg

Answer 3

我的博客可能是你的興趣：http://oskit.se/quadcopter-control-and-how-to-really-implement-it/

的基本原理是很容易理解。調音比較困難。我花了很多時間才能真正弄清楚什麼要輸入到PID控制器中，以及諸如+和 - 變量符號之類的小事情。但最終我解決了這些問題。

測試PID控制器的最佳方法是有一些方法來動態設置您的值，以便您不必每次重新編譯固件。我在我工作的quadcopter固件中使用mavlink。通過mavlink，可以使用任何支持mavlink協議的地面控制軟件輕鬆配置直升機。

從小處開始，使用現成的控制器構建工作直升機，然後編寫自己的控制器。然後測試它並調整它並進行試驗。除非你自己試着製造一個直升機，否則你永遠不會真正瞭解PID控制器。我的裸機軟件開發庫可以幫助您輕鬆編寫軟件，而無需擔心硬件驅動程序的實施。鏈接：https://github.com/mkschreder/martink