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无人机系统PX4视频教程：飞行PID参数调节阿木实验室2017-12-12 14:57:16 9501收藏53
专栏： APM/PIX调试文章标签： PIXHAWK PIX飞控编码PID参数调试无人机
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调试PID参数一直是个令人头疼的问题，这里给您接下来的教程！
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PIXHAWk无人机PID参数调试示例
PID参数在控制领域一直是一项工程工作，理论比较简单，但参数标定确实困难。
本课程是为了指导PIXHAWK的PID参数调试。 具有软件仿真和实时视频效果，理论与实践相结合。
PID一言以蔽之，通过PID算法计算的控制量被赋予驱动器，达到维持某种状态的目的。 该控制量的多少直接影响系统能否快速稳定地维持这一状态。 例如，我们往杯子里倒水，要求正好满了。 一开始杯子是空的，所以我们倒水的倾斜力很大，水很快就倒到杯子里，但是随着水的满，我们的倒水倾斜力变小。 如果不能很好地把握这个倾斜的力，水就会溢出来。 该PID算法计算该水注的倾斜力，随着时间和水的装满，动态调整该水注的倾斜力。 杯子空的时候加快到水，增加注入口，杯子快满了的时候，缩小注入口，防止水溢出。
让我们先看一下PID算法的代码：
PID的流程简单到不能再简单了，用误差信号控制被控量，而控制器本身是比例、积分、微分三个环节的加法。 在此，在(时刻t )
1 .输入量为rin(t )；
2 .输出量为rout(t )；
3 .偏差量为err(t )=rin(t ) t )-rout(t ) t；
1 .说明反馈控制的原理，从上一节的框图中可以看出，PID控制实际上是偏差的控制过程
2 .偏差为0时，比例环节不起作用，只有存在偏差时，比例环节才起作用。
3 .积分环节主要用于消除静差，静差是指系统稳定后输出值与设定值之差，积分环节实际上是偏差累计的过程，将累计的误差加到原系统中抵消系统引起的静差。
4 .另一方面，微分信号会反应偏差信号的变化规律或变化趋势，并根据偏差信号的变化趋势进行超前调节，提高了系统的快速性。
步骤1 :定义PID变量结构。 代码如下所示。
struct _pid{
浮动设置速度； //定义设定值
浮动加速； //定义实际值
浮动错误； //定义偏差值
float err_last； //定义以前的偏差值
float Kp，Ki，Kd； //定义比例、积分、微分系数
浮动卷； //定义电压值(控制致动器的变量)
浮动集成； //定义积分值
(PID；
控制算法所需的参数由一个结构体统一定义，便于以后使用。
步骤2 :初始化变量。 代码应与以下内容类似： 以速度控制为例。
void PID_init (
打印(PID _ init begin (n ) )；
pid.SetSpeed=0.0； //设定的速度
pid.ActualSpeed=0.0； //传感器检测的实际速度
pid.err=0.0； //误差初始化
pid.err_last=0.0； //之前误差量
pid.voltage=0.0； //PID输出量
pid.integral=0.0； //PID误差积分项
pid.Kp=0.2； //PID比例因子
pid.Ki=0.015； //PID微分系数
pid.Kd=0.2； 打印(PID _ init end (n ) )； //PID积分系数
}
统一初始化变量，特别是Kp、Ki、Kd三个参数，可以针对调试中要求的控制效果进行调整
节这三个量直接进行调节。
第三步：编写控制算法，代码如下：
Float PID_realize()
{
pid.SetSpeed = speed;
Pid.err = pid.SetSpeed - pid.ActualSpeed;//计算误差项
Pid.integral+=pid.err;//计算误差积分项
Pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pi
d.err_last);
pid.err_last=pid.err;
pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;
return pid.ActualSpeed;
}
PID的控制规律为：
1.说明一下反馈控制的原理，通过上一节的框图不难看出，PID 控制其实是对偏差的控制过程;
2.如果偏差为 0,则比例环节不起作用，只有存在偏差时，比例环节才起作用。
3.积分环节主要是用来消除静差，所谓静差，就是系统稳定后输出值和设定值之间的差值，积分环节实际上就是偏差累计的过程，把累计的误差加到原有系统上以抵消系统造成的静差。
4.而微分信号则反应了偏差信号的变化规律，或者说是变化趋势，根据偏差信号的变化趋势来进行超前调节，从而增加了系统的快速性。
对于PID讲我们用以下原则：
a.在输出不振荡时，增大比例增益P。(增大P可以快速到稳定)
b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。(积分过大容易超调)
c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。(微分项是预测误差变化率，越接近设定目标，越要减少PID输出，来增加系统的快速性)
PIXHAWK的PID参数调试：
PIXHAWK采用串级PID的方式，外环是控制角度，内环是控制角速度。因为内环更直接作用于电机，所以我们调试PIXHAWK的PID，一般只用调试内环的PID即可(角速度)。
图上我们可以看出内环PID更接近于电机输出，我们在调试PIXHAWK飞控的时候也是先调节内环角速度PID
1：微分调节的现象
我在采用默认PID参数的时候，发现四轴无人机恢复稳定比较慢，有震荡现象。以下是微分作用的PID系统图表：
微分过小系统响应速度快，但是产生有衰减振荡。微分过大系统响应速度变慢。
微分D过小在接近设定目标值的时候会产生较大的过充和少量的振荡，但是会衰减。我们采用默认参数出现了衰减的振荡，就是微分D太小，我们增大微分D就可以解决。
2：比例调节的现象
我们发现比例系数过大会导致系统系统响应很快，更有可能导致系统振荡失调，如果发现飞机振荡很厉害，没有衰减，一定是比例系数过大的原因。
3：积分调节的现象
积分过大也会产生振荡失调，因为积分是误差的累积。
总结：系统有衰减振荡，有可能是D（微分过小）或者的I（积分过大）。
系统有振荡越来越大，直到系统不受控制，有可能是P值过大。
在系统默认的PID参数上做调节，逐步修改参数，看试飞效果。
可以适当让微分过冲，增加响应的快速性。
注意！！！ 一切PID参数的调试都是基于电调行程校准通过，桨和电机，电调匹配的基础之上。如果飞机飞起来就侧翻（没校准好传感器和电调），或者已解锁就起飞（桨和电机不匹配）。这类飞机都飞不起来的问题，调试PID参数是没有意义的，切记！ 调试PID参数是基于飞机飞行的有点不稳，但是基本可以飞行的基础之上！
这部分的参考网站
http://www.stmcu.org/module/forum/thread-601133-1-1.html