無人機之姿態控制篇

2021-10-03 06:43:49 字數 2748 閱讀 9764

拿四旋翼無人機為例,四個槳葉旋轉是的無人機產生了公升力,但是這個公升力要怎麼匹配才能使得無人機能夠平穩的飛行呢,這個就是無人機姿態控制的關鍵。

如圖四個電機1、2、3、4,水平位置x,y。要想使無人機平穩的飛行則水平位置xy的公升力必須達到平衡。這是姿態控制就要發揮它的作用了。

本次我使用的姿態控制演算法也是傳統的串級pid,首先我們需要先了解一下姿態控制需要用到哪些資料:

1、輸入型資料:尤拉角(水平位置的反饋資訊)、陀螺儀資料(可以理解為尤拉角的微分,這個資料可以實時檢測到飛機的xy方向的角速度)

2、輸出型資料:輸出有三個軸的資訊需要輸出,x軸、y軸、z軸。x軸控制左右方向,比如檢測到飛機往右邊傾斜了x軸資料的資料會加大34電機的pwm,從而是的飛機恢復水平,反之檢測到飛機往左邊傾斜則x軸資料會加大12電機的pwm是的飛機恢復平衡。y軸同理x軸。剩下就是z軸也稱yaw軸,無人機槳葉在旋轉的時候同時會帶動飛機往反方向旋轉,所以yaw控制13電機24電機的平衡。

原理寫完了直接上**:

void

extern_pid

(_pid_extern* par,

float tar,

float cur,

float ratio_p,

float ratio_i,

float ratio_d)

//先上乙個pid的框架,後面就直接呼叫這個pid函式了

//各個引數的意義熟悉pid的同學應該很快就能看出來,下面就是串級pid的精髓了:

//position control

extern_pid

((_pid_extern*

)&pitch_angle,eulerpitchdesired,eulerpitchactual,

angle_pitchroll_kp,angle_pitchroll_ki,angle_pitchroll_kd)

;extern_pid

((_pid_extern*

)&roll_angle,eulerrolldesired,eulerrollactual,

angle_pitchroll_kp,angle_pitchroll_ki,angle_pitchroll_kd)

;extern_pid

((_pid_extern*

)&yaw_angle,euleryawdesired,

flight_yaw

(euleryawactual,euleryawdesired)

, angle_yaw_kp,angle_yaw_ki,angle_yaw_kd)

;//eulerpitchactual,eulerrollactual,flight_yaw(euleryawactual,euleryawdesired)這三個引數就是姿態解算出來的尤拉角,尤拉角作為串級pid的外環。

//angular velocity control

extern_pid

((_pid_extern*

)&pitch_gyro,pitch_angle.results,gyro_x,

vel_pitchroll_kp,vel_pitchroll_ki,vel_pitchroll_kd)

;extern_pid

((_pid_extern*

)&roll_gyro,roll_angle.results,gyro_y,

vel_pitchroll_kp,vel_pitchroll_ki,vel_pitchroll_kd)

;extern_pid

((_pid_extern*

)&yaw_gyro,yaw_angle.results,gyro_z,

vel_yaw_kp,vel_yaw_ki,vel_yaw_kd)

;//這個內環也解釋一下,用外環pid的運算值加入到內環pid的期望值,這個思想等同於模糊pid即外環誤差越大內環誤差成倍數增大,類似於內環動態的kp,ki,kd值。內環主要是角速度環,在整個串級pid來說內環相當於單極pid的d值,只是這個d值反應很迅速,所以這個演算法在無人機姿態控制效果很好。

motorvalue[0]

=(int16)

(limit

(thr_out+pitch_filter_control+roll_filter_control+yaw_filter_control,0,

960));

motorvalue[1]

=(int16)

(limit

(thr_out-pitch_filter_control+roll_filter_control-yaw_filter_control,0,

960));

motorvalue[2]

=(int16)

(limit

(thr_out-pitch_filter_control-roll_filter_control+yaw_filter_control,0,

960));

motorvalue[3]

=(int16)

(limit

(thr_out+pitch_filter_control-roll_filter_control-yaw_filter_control,0,

960));

//然後就是把xyz三軸經過pid運算的資料傳到各個對應的電機

到此,姿態平穩控制完成,希望對你有用,有關無人機各個模組講解持續更新中…

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