定要弄清楚具体的参数。
6.1.3 电机多维度矢量输出功能
飞行器在XY平面上出现偏差角度,低于设定角度的对应电机需要加大转速,提供更大的升力来弥补偏差,每个电机要叠加来自XYZ三轴的角度控制输出量和飞行基本转速。经过PID算出的电机PWM值要经过判断,才能叠加到相应的电机上,在将多维度控制量输出融合算法时已经讲过如何融合,调试部分重点讲如何让电机按照正确的方向输出转速。
将飞行器沿着X轴方向倾斜,低位置的电机会转起来,依次给四个电机值,一一对应好方向;Y轴也是一样的道理。电机输出方向必须正确,否则飞行器无法正常飞行,测试任何一个量,在不确定符号的情况下,需要将别的输出量屏蔽掉,找对方向了再加回原来的量,这样不易出错。
6.2高级功能实现
本部分将介绍高级功能的调试实现过程,难点是PD和PID参数的整定。飞行器能不能稳定飞行,靠的就是这些参数。
6.2.1 姿态角度数据融合功能
互补滤波器的一共有三个参数要整定,如图6.3互补滤波器子程序所示,数字归一本来的意思是回归数据的原本物理意义,在此笔者乘以0.1并没有回归到角度和角加速度的物理数值上来,这样做只是为了将数据缩小10倍放在数据溢出。
需要整定的参数前面2个相对简单,后面的这个0.086是比较麻烦的,调大了会过冲如图6.4所示,调小了会跟随缓慢,如图6.5所示,这样的滞后波形是无法应用到飞行器上的;只有调节合适了才会得到如图6.6所示的平滑曲线。
在调试互补滤波过程中,陀螺仪的数值符号直接影响到滤波的跟随,正常的波形是滤波波形从原波形穿过,而非滞后一定的角度,因为陀螺仪的角速度会超前于加速度的值,如果出现波形滞后的情况,一定要看看陀螺仪的数值符号是否正确,这个问题也困扰了笔者几天,前车之鉴,后人注意呀。
6.2.2 四旋翼飞行器自平衡飞行功能
自平衡调试的参数有P、I、D的系数,先调P值到飞行器能自主的回到平衡位置且出现了一定的振荡,在调节D参数,此处微分相当于一个阻尼器,能抑制因为比例参数调节过大产生的震荡,D值也不是越大越好,当飞行器振荡减小,找到一个合适的值时,如果存在静态误差,则适当的增加积分I的系数,积分在此处有消除静态误差的作用。
飞行器调试时,为了避免到处碰撞,需要采用悬线调试的方法,如图6.7所示。先调试X轴的参数,是飞行器能在该轴上趋于平衡,在调试Y轴参数。当XY轴都相对稳定时,解开绳子,在平地上综合调试。
整定了一轮参数后,四旋翼飞行器基本能平衡,但是扰动过大是飞行器还是会不受控
制,总结了一下原因,在今后再设计时注意这些问题:
(1)飞行器质量过大,电机控制的余量不够;
(2)互补滤波滞后严重导致飞行器空心杯电机响应滞后,在角度变化时,输出量没法及时修正导致偏差过大而无法再平衡;
(3)PID参数整定不合适;
(4)空心杯电机选型与负载不匹配;
如果时间允许,笔者会在以后将这些问题一一验证,在笔者的生命里有一个信条:生命不息,奋斗不止,总有一天飞行器会稳定的飞翔于蓝天之上!
结 束 语
一个月来,每天起早贪黑的研究四旋翼飞行器控制算法,一直到毕业设计答辩的这一天,我们还在整定参数,结果可能没有达到我们事前预期的效果,但是近段时间过得很充实,枯燥的调试过程,夹杂着各种喜怒哀乐,有过放弃换简单题目的念头,后面还是咬牙做到了现在。
这期间的收获有很多,最主要的是磨练了我的毅力。或许中间改个简单的题目可以安逸的答辩,安逸的领到毕业证,但是这样做的意义都不大。冒着不毕业的风险研究四旋翼的算法,调到今天四旋翼能跌跌撞撞的飞行,我没有任何遗憾。
本次设计让我学到了很多飞行器的知识,在今后工作之余,我会把四旋翼飞行器的控制策略进一步完善,我始终相信生命不息,奋斗不止!
关于本次设计的四旋翼飞行器,有需要改进的地方,比如飞行器的重量是48g而外国的四轴重量仅仅19g;飞行器的空心杯电机我们也没有设备去选择特性相似的;很多参数都是凭感觉设计的,量化这一块做的比较差,这是值得反思解决的问题。
致 谢
时光飞逝,短短四年,眨眼即过,真想让时间走慢些......这四年是忙碌而充实的,如果再给我一次上大学的机会,我还会选择进实验室,选择做智能车,选择做PLC机械手,选择做四旋翼飞行器,这些过程,这些经历会伴随我的一生,在此要感谢的人太多了......
从近的说,本次毕业设计得到了刘**教授的悉心指导,在我的大学生涯中,刘老师对我的影响最大,每一次迷惑,经他点拨都能让我找到问题的答案,他是不光是学术上的导师,还是生活上的引导者,在此由衷的对您说一声,谢谢您,刘老师!
再要感谢的就是郭**老师、王*老师、刘**老师,是他们给了我进入实验室学习的机会并在后来一直指导着我;
还要感谢孟**老师、张**老师、由**老师,是你们将我带入了PLC世界,这些技能,足以让我在工控领域立足了。
当然还有王**院长及所有给我上过课的老师们,是你们将我的自动化知识体系一点一点筑起来的,这些知识,足以让我在社会立足,找到作为自动化人的自信!谢谢!
参考文献
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