先說下什麼是四旋翼飛行器
名稱：四旋翼飛行器
元件：乙個機架，乙個陀螺儀，四個無刷直流電機，乙個電池，一塊微控制器（能飛起來的最基本配置）
原理：利用四個電機旋轉產生的反作用力托起飛行器上公升，利用微控制器和飛行控制演算法控制電機使飛行器穩定
串級pid演算法
然互簡單介紹下串級pid演算法
名字：串級pid演算法
作用：採集飛行器姿態角，輸出調控量使飛行器穩定
姿態角先說一下姿態角，現在我們想象乙個平鋪在空間的乙個「十」字，這個字左右晃，上下晃，和繞著原點轉圈就叫做三個姿態角。前兩個叫俯仰，滾轉，繞原點轉圈的角叫偏航
（下文暫用x,y,z表示）對於僅僅保持穩定，只用x,y角就足夠了，那麼這三個角怎麼測量出來呢？
用陀螺儀，這裡我們說mpu6050,，陀螺儀就是乙個晶元，唯一的作用就是可以輸出三個長度為3的一維陣列x[3],y[3],z[3]，x,y,z代表三個角，長度為3是因為分別為角度，角速度，角加速度，串級pid只用角度與角速度。
那麼具體怎麼利用這三個角度控制飛行器穩定呢？
先來個簡單的，比如平鋪在空間中的十字，我們通過陀螺儀檢測到左邊往下偏10度，那麼x=10，如果右邊往下偏10度，x=-10，上邊往下偏，y=10，下邊往下偏y=-10，注意左邊往下偏右邊就往上偏，右邊往下偏左邊就往上偏，這跟個槓桿似得就不用贅述了吧。這兩個變數的值會在微控制器中以全域性變數表示，我們可以直接使用。
如果我們檢測到x=10，那麼我們就需要加大左邊電機的速度，減小右邊電機的速度，最終使x,y維持在0，這樣飛行器就穩定了，其餘角度都同理。
這裡的x和y值即是誤差，通過誤差反過來調控輸入的系統叫做負反饋系統
而串級pid演算法研究的就是這個要減小和增加的電機轉速到底是多少。先介紹下電機轉速
首先，電機速度是由pwm波控制的，占空比越大，速度越大，把pwm波占空比的變化用乙個int變數speed值從0到1000的變化對映出來，這樣0就代表速度0,1000就代表速度最大值。（占空比就是乙個週期內高電平時間與週期的比值）
這樣構成飛控系統的輸入量，輸出量就都出來了，輸入量是陀螺儀採集的角度，輸出量是speed的值，四個電機對應四個speed，分別是speed1,speed2,speed3,speed4。
串級pid衍生於pid，pid就是比例、積分和微分
下面先介紹下pid
pid分兩種，增量式和位置式，增量式直接輸出調控量的增量，適合於自帶積分的步進電機，四旋翼使用位置式pid
p：的作用是按比例增大控制量，比如檢測到x=10，此時speed1應該增加10但是10太小，我們就可以把調節量放大，如果p是5那麼調節量就擴大為50了
可是只用比例會出現乙個問題，那就是比如我想要調節量為33，而p是5的話我們計算得出的調節量只能為5的整數倍，30或35，與33永遠有乙個誤差
如果體現在影象上就是曲線在平衡位置上上下下的折線移動
i：為了消除靜差我們必須引入積分量，積分的特點是，只要有一點誤差他就會發揮作用（因為是直接程式判斷x或y與0的大小關係控制積分器開啟的）
並且如果誤差不消除或者變號（變號就是正變負或負變正，比如由機翼向右偏變成向左偏），積分就會越來越大，對調節量的增福會越來越大（所以記得設定乙個上限）
當然你可能會疑惑積分累加出來的值怎麼消除，當機翼由左偏到被比例和積分調節的向右偏時，調節量變號了，你再累加不就相當於累減了嗎，就自然消除了
所以積分的調節量就在0左右波動，這樣曲線就會由在平衡點上下打折線變成小波浪了
d：至於微分值是是利用上一次的誤差值改變這一次的調節量，他的作用就是**，他的值最有意思的地方就是，和你的機翼所處的位置無關，也即是說即使你的機翼往左偏
微分值也有可能調控讓機翼更加往左偏，那既然這樣我們為什麼還要用微分值呢，其實微分值是檢測兩個不同的演算法週期（一會重點解釋這個）誤差變化量的大小
假設演算法週期是一秒
假設第一秒，飛機x=30，經過演算法調節第二秒x=25，第三秒x=10，那麼對於微分來說第一秒誤差變化量為5，第二秒誤差變化量為15
那麼他就會阻止x繼續變小，即使x變小是為了使飛機穩定，如果第一秒x=15，第2秒x=10那麼他就會幫助x變小
這就是微分作用的本質，不分敵我，一心阻止誤差變化的擴大，這個的作用其實就是**誤差變化，再由我們具體事件具體分析
怎麼利用它
其實了解比例積分微分的本質，具體怎麼利用就仁者見仁智者見智了
那麼什麼是串級pid呢，就是同時利用角度與角速度作為誤差輸入，兩個pid套在一起作為系統，電機速度調控作為輸出
外環角度誤差先經過乙個pid得出的調控量與內環角速度環的差值作為內環的輸入誤差，該誤差再經過乙個pid後得出實際電機速度調控量
具體**用pi**用pd**用pid可以根據自己實際情況自己調整，建議外環pi，內環pid。
下面說一下演算法週期
就是通過定時器控制，經過多久取一次陀螺儀資料，多久取一次內環計算資料，多久取一次外環計算資料，這個必須要嚴格控制好，具體值可以和pid值一樣自行除錯
一年前做過四軸，只憑回憶整理，如有疏漏，謝指正，望諒解。
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