四旋翼位置控制之 |
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先mark一下,争取两周之内写完 由于快要毕业了,所以一直都很忙,并没有时间写完,所以拖到现在,不好意思。现在开始介绍四旋翼定高以及调试过程。 首先介绍下四旋翼的模型 图中为 其中, 其中X即为z轴位移距离,则推出四旋翼的模型 显然,系统输出z轴加速度与系统的输入u成正比关系,因此采用PID线性控制器来作为z轴方向上的高度控制器。 假设在没有任何外部观测传感器的情况下,仅有惯性器件估计的位置和速度书算法如下图所示。 上述传递函数为: 特征方程跟为: 高度信息的观测器件一般有:超声波传感器、气压计。 定高算法实现博主第一次定高用的传感器为超声波传感器,总体感觉超声波传感器做好极值滤波(突然大范围跳动)后,定高效果相当好,只是定高的范围有限制,博主超声波定高适用范围为5cm-250cm。 第二次定高采用的传感器为MS5611气压计,效果比较好,高度范围也提升了不少,但是对气流很敏感,所以需要把气压计密封好,不要让螺旋桨的气流对其造成错误影响。 所以超声波定高导航算法采用 超声波融合惯导的算法。总体算法框图如下: 其中, 由典型二级系统的特征多项式的标准形式: 从而选择合适的系数 控制器由之前推导的四轴模型而选择采用PID 线性控制器作为z轴方向上的高度控制器。选取高度-速度-加速度三级PID控制器方案用于z轴高速控制器,高度控制系统框图如下, 以上即为,四旋翼定高。 四轴定高调试现象(博主调试用的高度-速度串级PID 控制,没有用加速度) 1.只有外环高度控制器时只有比例控制时,由四轴模型可以等效为另一个熟悉系统:光滑平面上用力F 推小滑块来控制距离。 所以现象为:高度控制不稳定,频繁上下加减速(最理想是在给定悬停点上下等幅振荡) 比例积分控制时,有了积分来消除静差,四轴定高现象为衰减振荡。 一般不加微分。 2.只有内环速度控制器时只有比例控制时,那么四轴定高控制目标就是让四轴的z轴速度为0,不会控制四轴的高度 所以现象为:1.四轴开启定高时,若z轴速度为0,则稳定不动,定高高度准确无误差 2.四轴开启定高是,若z轴速度0,四轴向上飞(做一个加速度减小的减速运动),直至四轴z轴速度为0,但是最终稳定高度会比期望高度高,既高度有误差 3.四轴开启定高时,若z轴速度>0,那么控制器输出 |
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