基于STM32的四旋翼飛行器設(shè)計(jì)

第十一屆中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技術(shù)論文論文題目：基于stm32的四旋翼飛行器設(shè)計(jì)DesignofQuadrotorAircraftBasedonSTM32參賽單位：南京信息工程大學(xué)隊(duì)伍名稱：weare伐木累指導(dǎo)老師：行鴻雁參賽隊(duì)員：張?zhí)m戴學(xué)飛錢坤完成時(shí)間：2016.6.18四軸飛行器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、飛行方式獨(dú)特的垂直起降式飛行器，與普通飛行器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低和單位體積能夠產(chǎn)生更大升力等優(yōu)點(diǎn)，所以在軍事和民用多個(gè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，非常適合在狹小空間內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。本設(shè)計(jì)采用stm32f103zet6作為主控芯片，3軸加速度傳感器mpu6050作為慣性測(cè)量單元，通過(guò)2.4G無(wú)線模塊和遙控板進(jìn)行通信，最終使用PID控制算法以PWM方式控制電子調(diào)速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了四軸飛行器的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：四軸飛行器，stm32;mpu6050,2.4G無(wú)線模塊.PID.PWMAbstractQuadrocopterhasbroadapplicationprospectintheareaofmilitaryandcivilianbecauseofitsadvantagesofsimplestructure.Smallsize,lowfailurerate,takingoffandlandingertically.etc.itissuitableforhavingtaskinnarrowspace.ThisdesignusesSTM32f103zet6asthemasterchip,andtriaxialaccelerometermpu6050inertialmeasurementunit,via2.4Gwirelessmoduleandremotecontrolpanelforcommunication.Finallyusingpidcontrolalgorithmwithpwmdrivestheelectronicspeedcontrollertochangemototorealizethedesignofquadrocopter.Keyword:quadrocopter,stm32,mpu6050,2.4Gwirelessmodule;pid;pwm目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章作品難點(diǎn)與創(chuàng)新 1\o"CurrentDocument"作品難點(diǎn) 1\o"CurrentDocument"創(chuàng)新點(diǎn) 1\o"CurrentDocument"第二章方案論證與設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument"飛控部分硬件框圖 2\o"CurrentDocument"遙控器部分硬件框圖 2\o"CurrentDocument"各部分元器件介紹 3stm32介紹 3.2電子調(diào)速器 4mpu6050六軸傳感器 5無(wú)線通信NRF24L01 6\o"CurrentDocument"第三章原理分析與硬件電路圖 8\o"CurrentDocument"飛行器空氣動(dòng)力學(xué)分析 8\o"CurrentDocument"飛控部分硬件電路圖設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"遙控部分硬件電路圖設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"第四章軟件設(shè)計(jì)與流程 11\o"CurrentDocument"pid算法分析 11\o"CurrentDocument"串級(jí)pid系數(shù)的整定 12\o"CurrentDocument"串級(jí)pid系統(tǒng)框圖 13飛控部分程序設(shè)計(jì) 14遙控部分程序設(shè)計(jì) 14\o"CurrentDocument"第五章系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析 15\o"CurrentDocument"第六章總結(jié) 19\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 21第一章作品難點(diǎn)與創(chuàng)新作品難點(diǎn)對(duì)于一種芯片，最麻煩的就是底層的驅(qū)動(dòng)了，很多驅(qū)動(dòng)得自己編寫，為了最大發(fā)揮處理器的性能，做了很多驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，將不必要的延時(shí)降到最低，比如I2C總線驅(qū)動(dòng)，官方的代碼不符合自己的要求，通信效率低，我們花了幾天的時(shí)間去優(yōu)化這個(gè)驅(qū)動(dòng)，使用了模擬的IIC接口，最后在保證穩(wěn)定性的前提下，速度提高了一倍。這個(gè)設(shè)計(jì)遇到的最大問(wèn)題就是怎樣保持飛行器的平衡。開(kāi)始的時(shí)候，我們以為很簡(jiǎn)單，不就是簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制么，隨著深入研究和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有些東西已經(jīng)不能用我現(xiàn)有的知識(shí)來(lái)解答了，比如姿態(tài)的解算。我想姿態(tài)解算也是這個(gè)項(xiàng)目的難點(diǎn)，怎樣時(shí)時(shí)刻刻都準(zhǔn)確的跟蹤到飛行器的姿態(tài)。很多人都知道使用加速度和陀螺儀檢測(cè)物體的姿態(tài)，很多手機(jī)就有這些傳感器，但是這兩傳感器在飛行器上貌似水土不服，陀螺儀隨時(shí)間推移漂移了，加速度計(jì)由于電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)震動(dòng)基本上處于半瞎?fàn)顟B(tài)。所以我們使用了串級(jí)pid算法，并且優(yōu)化了串級(jí)pid算法，使得在只用一個(gè)mpu6050的情況下，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的飛行，并且在飛行20層樓層的高度時(shí)可以飛出定高的效果。調(diào)試過(guò)程中，采用無(wú)線通信芯片nrf24l01和stm32單片機(jī)作為控制端，同時(shí)用匿名四軸上位機(jī)顯示狀態(tài)。創(chuàng)新點(diǎn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)有兩個(gè)，一是在于遙控器的控制方面，傳統(tǒng)的飛行器控制飛行在于通過(guò)遙桿控制，通過(guò)對(duì)遙桿的物理操作實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的左右前后飛行，我們則采用感應(yīng)式姿態(tài)控制，通過(guò)遙控器上板載的山口口6050，去跟蹤手的姿勢(shì)，然后將手的物理動(dòng)作對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的角度，發(fā)送給飛控部分，飛控部分將接受到的信號(hào)作為期望的角度，實(shí)現(xiàn)飛行器的左右前后飛行。本次設(shè)計(jì)的第二個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于優(yōu)化pid算法，單純的pid算法是不足以控制動(dòng)力如此大的大四軸，再加上只有一個(gè)六軸傳感器mpu6050是不足以控制好大四軸的，通常市面上的飛行器姿態(tài)測(cè)量這方面會(huì)用到多個(gè)傳感器，以實(shí)現(xiàn)飛行器姿態(tài)的跟蹤。但是我們只用了一個(gè)六軸傳感器mpu6050就可以做到非常穩(wěn)定的飛行，主要原因在于對(duì)算法的優(yōu)化。第二章方案論證與設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選擇的材料如下：主控芯片：STM32F103ZET6無(wú)線通信：NRF24L01傳感器：MPU6050六軸傳感器遙控主芯片：STM32F407ZGT6機(jī)架的型號(hào)：F450,重量282克。電機(jī)軸距450mm，螺旋槳采用1045型。電機(jī)則采用銀燕MT-2216，810KV無(wú)刷電機(jī)，最高轉(zhuǎn)速2極馬達(dá)210000轉(zhuǎn)/分鐘，重量：37g。電調(diào)為好盈20A電子調(diào)速器，持續(xù)電流30A，短時(shí)電流40A。電池則采用了2200mah鋰電池。2.1飛控部分硬件框圖圖2-1從圖中可以看出，STM32是電路的核心，它受5V電源控制，它負(fù)責(zé)和mpu6050，nrf24l01進(jìn)行通信，處理數(shù)據(jù)，輸出pwm信號(hào)給電子調(diào)速器，以得到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)的調(diào)整。2.2遙控器部分硬件框圖圖2-2遙控部分STM32F407ZGT6作為主要芯片，nrf24101f負(fù)責(zé)和飛控部分無(wú)線通信，遙桿主要控制油門大小，mpu6050負(fù)責(zé)跟蹤手的姿勢(shì)。2.3各部分元器件介紹本次設(shè)計(jì)主要的工作在于程序的編寫，所以就需要對(duì)所需要的主芯片和各個(gè)模塊有一個(gè)詳細(xì)的了解，接下來(lái)給大家介紹下我們所用的芯片口和模塊介紹。2.3.1stm32介紹內(nèi)核：ARM32位的Cortex-M3，最高72MHz工作頻率，在存儲(chǔ)器的0等待周期訪問(wèn)時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHZ（DhrystONe2.1）單周期乘法和硬件除法。存儲(chǔ)器：從32K到512K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器（STM32F103XXXX中的第二個(gè)X表示FLASH容量，其中：“4”=16K，“6”=32K，“8”=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K），最大64K字節(jié)的SRAM。電源管理：2.0-3.6V供電和I/O引腳，上電/斷電復(fù)位（POR/PDR）、可編程電壓監(jiān)測(cè)器（PVD），4-16MHZ晶振振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)教的8MHz的RC振蕩器，內(nèi)嵌帶校準(zhǔn)的40KHz的RC振蕩器，產(chǎn)生CPU時(shí)鐘的PLL，帶校準(zhǔn)的32KHz的RC振蕩器低功耗：睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式，Vbat為RTC和后備寄存器供電。模數(shù)轉(zhuǎn)換器：2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時(shí)間（多達(dá)16個(gè)輸入通道），轉(zhuǎn)換范圍：0至3.6V，雙采樣和保持功能，溫度傳感器。

DMA：2個(gè)DMA控制器，共12個(gè)DMA通道：DMA1有7個(gè)通道，DMA2有5個(gè)通道。支持的外設(shè)：定時(shí)器、ADC、SPI、USB、IIC和UART,多達(dá)112個(gè)快速I/O端口（僅Z系列有超過(guò)100個(gè)引腳），26/37/51/80/112個(gè)I/O口，所有I/O口一塊映像到16個(gè)外部中斷；幾乎所有的端口均可容忍5V信號(hào)。調(diào)試模式：串行單線調(diào)試（SWD）和JTAG接口，多達(dá)8個(gè)定時(shí)器，3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入，1個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機(jī)控制的PWM高級(jí)控制定時(shí)器，2個(gè)看門狗定時(shí)器（獨(dú)立的和窗口型的），系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24位自減型計(jì)數(shù)器。多達(dá)9個(gè)通信接口：2個(gè)I2C接口（支持SMBus/PMBus），3個(gè)USART接口（支持ISO7816接口，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制），2個(gè)SPI接口（18M位/秒），CAN接口（2.0B主動(dòng)），USB2.0全速接口。計(jì)算單元：CRC計(jì)算單元，96位的新批唯一代碼。封裝：ECOPACK封裝。BOOTOOSC1N/PLX)n機(jī)「OUTYPniPAiGPAHPAi2FAB/JTNtS.^WDIOBOOTOOSC1N/PLX)n機(jī)「OUTYPniPAiGPAHPAi2FAB/JTNtS.^WDIOPA]4.-JTCK..JS\VCLKPAi5/JTDINRSTV13ATVDD1VDD-2VDD23VDDAPWM廣WN12PWM4VSSVSS'2VSS二3VSSAPCB-lAMPER-KrCPC14OSC32INVSSVSS'2VSS二3VSSAPCB-lAMPER-KrCPC14OSC32INPCI5-OSC5：OUTIaIRQ內(nèi)包眾T2.3.2電子調(diào)速器電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文ElectronicSpeedControl,簡(jiǎn)稱ESC。針對(duì)電機(jī)不同，可分為有刷電調(diào)和無(wú)刷電調(diào)。它根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。本文采用好盈電調(diào)20A。對(duì)于它們的連接，一般情況下是這樣的：1、電調(diào)的輸入線與電池連接；2、電調(diào)的輸出線(有刷兩根、無(wú)刷三根)與電機(jī)連接；3、電調(diào)的信號(hào)線與接收機(jī)連接；另外，電調(diào)一般有電源輸出功能，即在信號(hào)線的正負(fù)極之間，有5丫左右的電壓輸出，通過(guò)信號(hào)線為接收機(jī)供電，接收機(jī)再為舵機(jī)等控制設(shè)備供電。電調(diào)的輸出為三?四個(gè)舵機(jī)供電是沒(méi)問(wèn)題的。因此，電動(dòng)的飛機(jī)，一般都不需要單獨(dú)為接收機(jī)供電，除非舵機(jī)很多或?qū)邮諜C(jī)電源有很高的要求。mpu6050六軸傳感器MPU6050是InvenSense公司推出的全球首款整合性6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，內(nèi)帶3軸陀螺儀和3軸加速度傳感器，并且含有一個(gè)第二1式接口，可用于連接外部磁力傳感器，利用自帶數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP：DigitalMotionProcessor)硬件加速引擎，通過(guò)主IIC接口，可以向應(yīng)用端輸出完整的9軸姿態(tài)融合演算數(shù)據(jù)。有了DMP,我們可以使用InvenSense公司提供的運(yùn)動(dòng)處理資料庫(kù)，非常方便的實(shí)現(xiàn)姿態(tài)解算，降低了運(yùn)動(dòng)處理運(yùn)算對(duì)操作系統(tǒng)的負(fù)荷，同時(shí)大大降低了開(kāi)發(fā)難度。DMP是InvenSense公司的MPU器件獨(dú)特的硬件功能，它能夠直接從傳感器讀出計(jì)算好的四元數(shù)的數(shù)據(jù)，獲取設(shè)備的姿態(tài)。DMP功能保存在主處理機(jī)的易失性內(nèi)存中，若需要使用DMP功能，則每次芯片上電后都需要初始化。DMP程序庫(kù)項(xiàng)目中提供的示例應(yīng)用程序中給出了更新映像和初始化DMP功能的一系列步驟。加載并啟用DMP功能的步驟包括：(1)通過(guò)函數(shù)dmp_load_motion_driver_firmware()把DMP載入MPU內(nèi)存。(2)通過(guò)dmp_set_orientation()函數(shù)更新定位矩(3)當(dāng)DMP檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)或撞擊時(shí)會(huì)觸發(fā)DMP回調(diào)功能。(4)通過(guò)函數(shù)dmp_enable_feature()啟用DMP功能。四旋翼飛行器運(yùn)用姿態(tài)解算計(jì)算出空間三軸歐拉角。MPU6050與MCU連接方式如圖2-4所示，陀螺儀采樣三軸角速度值，加速度傳感器采樣三軸加速度值，而磁力傳感器采樣得到三軸地磁場(chǎng)值，將陀螺儀、加速度傳感器、磁力傳感器采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定、濾波、校正后得到三軸歐拉角度，其中陀螺儀和加速度傳感器選用MPU6050芯片，采用IIC總線與主控板通信。

MPU6050位ape伯400kHzI2CMPU6050位ape伯400kHzI2C圖2-4無(wú)線通信NRF24L01NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無(wú)線通信通信芯片，采用FSK調(diào)制，集成NORDIC自家的EnhancedShortBurst協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6的無(wú)線通信。無(wú)線通信速度最高可達(dá)到2Mbps。NRF24L01采用SPI通信，可以很方便的連接到MCU上面。①2.4G全球開(kāi)放的ISM頻段，免許可證使用。②最高工作速率2Mbps，高校的GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。③126個(gè)可選的頻道，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信的需要。④內(nèi)置CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信地址控制。⑤可設(shè)置自動(dòng)應(yīng)答，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。NRF24L01模塊介紹圖2-5CE：模式控制線。在CSN為低的情況下，CE協(xié)同CONFIG寄存器共同決定NRF24L01的狀態(tài)（參照NRF24L01的狀態(tài)機(jī)）CSN：SPI片選線SCK：SPI時(shí)鐘線MOSI：SPI數(shù)據(jù)線（主機(jī)輸出，從機(jī)輸入）MISO：SPI數(shù)據(jù)線（主機(jī)輸入，從機(jī)輸出）IRQ：中斷信號(hào)線。中斷時(shí)變?yōu)榈碗娖?，在以下三種情況變低：TxFIFO發(fā)完并且收到ACK（使能ACK情況下）、RxFIFO收到數(shù)據(jù)、達(dá)到最大重發(fā)次數(shù)。第三章原理分析與硬件電路圖3.1飛行器空氣動(dòng)力學(xué)分析四旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，四個(gè)電機(jī)對(duì)稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。結(jié)構(gòu)形式如圖3.1所示。圖3-1四旋翼飛行器通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，但只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。四旋翼飛行器的電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)均被抵消。圖3-2在圖3-2中，電機(jī)1和電機(jī)3作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)2和電機(jī)4作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)稱為向前運(yùn)動(dòng)，箭頭在旋翼的運(yùn)動(dòng)平面上方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。垂直運(yùn)動(dòng)：同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降。俯仰運(yùn)動(dòng)：在圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降（改變量大小應(yīng)相等），電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)，同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。（3）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：與圖b的原理相同，在圖c中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（4）偏航運(yùn)動(dòng)：旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對(duì)角線上的各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。當(dāng)電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動(dòng)。（5）前后運(yùn)動(dòng)：要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動(dòng)，必須在水平面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力。在圖e中，增加電機(jī)3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機(jī)1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動(dòng)。（6）傾向運(yùn)動(dòng)：在圖f中，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以傾向飛行的工作原理與前后運(yùn)動(dòng)完全一樣。圖圖#-44.3.1飛控部分程序設(shè)計(jì)MPU605O外工大用理回口內(nèi)環(huán)地速吃PI口PWM畝出DMVjj性:|1前姿上fla廢NFW4L01強(qiáng)%來(lái)門遙押也分期盟一度初始化MRF24U01WPU6050.OMP??□flfij'ErtCPEKUC2丸門圖4-34.3.2遙控部分程序設(shè)計(jì)第五章系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析PID調(diào)試一般原則1）在輸出不振蕩時(shí)，增大比例增益P2）在輸出不振蕩時(shí)（能消除靜態(tài)誤差就行），減小積分時(shí)間常數(shù)Ti3）在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù)Tdmatlab仿真模擬測(cè)試pid參數(shù)B10

B10PI調(diào)節(jié)（TI小，響應(yīng)速度快，超調(diào)大，系統(tǒng)震蕩加?。㎏p=Q7,Ti=r5PIKp=Q7,Ti=r5PI調(diào)節(jié)（在同樣積分常數(shù)Ti下，減小比例增益Kp可減小廣g7.Ti=O5超調(diào)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性）7 ■ .7,Td=CL3PD調(diào)節(jié)（引入微分項(xiàng)，提高了響應(yīng)速度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性但不能消除系統(tǒng)的余差）

PID調(diào)節(jié)（PD基礎(chǔ)上I作用的引入消除了余差，達(dá)到了理想的多項(xiàng)性能指標(biāo)要求：超調(diào)、上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、余差等）心得在整定PID參數(shù)時(shí)，PIDm個(gè)參數(shù)的大小都不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。也就是說(shuō)，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)參數(shù)比較合適，就把這個(gè)參數(shù)固定死，不管別的參數(shù)怎么變化，永遠(yuǎn)不動(dòng)前面固定的參數(shù)。這是要不得的。串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在整定參數(shù)時(shí)，一般把主、副調(diào)隔離開(kāi)來(lái)，先整定一個(gè)回路，再全面考慮。一般而言，先整定內(nèi)回路。把PID參數(shù)隔離開(kāi)來(lái)，先去掉積分、微分作用，讓系統(tǒng)變?yōu)榧儽壤{(diào)節(jié)方式，再考慮積分，最后考慮微。圖圖6-1第六章總結(jié)首先，為了讓四軸平穩(wěn)的懸?；蝻w行在半空中，四個(gè)電機(jī)必須提供準(zhǔn)確的力矩-＞假設(shè)力矩與電機(jī)PWM輸出呈線性關(guān)系，也就是必須提供準(zhǔn)確的4路PWM-＞4路PWM由遙控器輸入（期望角度）、PID算法及其參數(shù)和姿態(tài)解算輸出（當(dāng)前角度）組成，假設(shè)遙控器輸入不變（類似脫控）、PID算法及其參數(shù)也較為準(zhǔn)確（PID參數(shù)無(wú)需十分精確，但只要在某個(gè)合理的范圍內(nèi)，控制品質(zhì)差不了多少），也就是姿態(tài)解算的輸出必須是十分準(zhǔn)確的，可以真實(shí)反應(yīng)飛行器的實(shí)際角度-＞姿態(tài)解算的結(jié)果由加速度計(jì)和陀螺儀給出，根據(jù)前述慣性導(dǎo)航的描述，加速度計(jì)補(bǔ)償陀螺儀，因此要得到精確的姿態(tài)解算結(jié)果，務(wù)必要求加速度輸出精確的重力加速度g-＞這里僅討論懸停飛行，因此忽略掉額外的線性加速度（事實(shí)證明，在四軸強(qiáng)機(jī)動(dòng)飛行過(guò)程中，線性加速度必須要考慮并消除），假設(shè)加速度計(jì)輸出重力加速度g，這個(gè)重力加速度g必須十分“精確”?？偨Y(jié)一下：精準(zhǔn)力矩-＞精準(zhǔn)PWM-＞精準(zhǔn)姿態(tài)-＞加速度計(jì)輸出“精確”重力加速度g。這里的“精確”打了引號(hào)，意思不是說(shuō)加速度的性能十分好，要輸出精確的當(dāng)?shù)丶铀俣萭，而是說(shuō)它能夠準(zhǔn)確反應(yīng)機(jī)架的角度。為了達(dá)到懸停、平穩(wěn)的飛行效果，控制算法輸出的PWM會(huì)讓加速度計(jì)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(shuō)：PID控制算法控制的不是機(jī)架水平，而是加速度計(jì)水平，PID不知道機(jī)架是什么東西，它只認(rèn)加速度計(jì)，它的使命就是讓加速度計(jì)水平。我現(xiàn)在假設(shè)加速度計(jì)與機(jī)架存在某個(gè)角度，比如右傾30°，四軸主視圖如圖6-1所示。四軸機(jī)架水平面X速度計(jì)起飛后水平面四軸移動(dòng)方向四軸機(jī)架水平面X速度計(jì)起飛后水平面四軸移動(dòng)方向加速度計(jì)加速度計(jì)（紅線）與四軸機(jī)架的水平面（虛線）呈30°。起飛后，PID控制算法會(huì)嘗試將加速度計(jì)調(diào)整至水平位置，因此四軸就會(huì)往圖中左邊飄，傾斜角度也為30°這就是為什么飛機(jī)無(wú)法垂直起飛，或者飛行過(guò)程中往一個(gè)方向飄的原因：加速度計(jì)和機(jī)架沒(méi)有水平。因此在加速度計(jì)的機(jī)械安裝時(shí)，盡量保證加速度計(jì)與機(jī)架水平。如果有些朋友已經(jīng)將加速度計(jì)固定在飛控板上，可以通過(guò)遙控器的通道微調(diào)功能設(shè)置懸停時(shí)的期望角度，軟件上校正這種機(jī)械不水平。除了上述討論的加速度計(jì)安裝水平問(wèn)