旋翼飞控调节PID经验.pdf-资料库

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PXI Hawk 飞控笔记第八章：PID 控制的牛之一毛 ——sw 笨笨编写 1. PID 介绍今天笨笨来做个尝试，不提公式，不提数学，看看能不能谈谈 PID 的九牛之一毛呢？呵呵，专业人士免进把，本文不是给你们看的，笨笨是自控系的非典型学渣。 1）反馈和控制律说 PID 之前需要先聊聊自动控制，聊自动控制必须先侃侃什么是反馈，什么是控制律。举个例子，我们要把自己的右手举起，如果大脑只告诉肌肉收紧多少，然后任凭肌肉去运动不再管了，这个过程是开环控制；如果大脑告诉肌肉收紧，然后眼睛随时监视手抬到哪里了，并告诉大脑来随时调节发给肌肉的力度，那么眼睛所做的工作就叫做反馈，这个有反馈的控制过程才叫做闭环控制，就是我们常说的自动控制。而大脑根据眼睛提供的反馈，手距离抬起的位置越远肌肉就越用力，手距离抬起的位置越近肌肉的力度就要减小，那么这个肌肉力度与手位置的关系，用数

学公式表达出来就是控制律了，所以控制律其实就是一个表达反馈和控制输出关系的数学算法。能看明白么？如果大脑只根据手的高度差来控制肌肉，这叫做比例控制；如果大脑还要根据手的移动速度，加速度来调节肌肉的力度，这恐怕就算是 PID 算法了的卡通化解释了吧。 2）什么是 PID PID 算法，按照字母说是比例（proportion）、积分（integration ）、微分（differentiation）组成的一种控制律算法。大家知道，飞机在空中飞行一共需要控制 6 个自由度，分别是高度、经度、纬度三个水平自由度，以及俯仰、航向、滚转三个旋转自由度。所以 PID 针对水平自由度就是指的位置差，速率和加速度；针对旋转自由度是指的角度差，角度率和角加速度。我们的飞控就是通过各种传感器芯片得到或者计算这些参数的。 3）为什么用 PID 说起来 PID 算法已经有七八十年的历史了，是目前应用最广泛的控制律算法，没有之一。因为其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。我们的模型飞机往往就是这样的典型，随着飞机种类不同，

布局不同，重量不同……很难找到一个通行的数学模型，即使针对一个飞机，测量全部的参数需要风洞仿真等等，成本无法接收啊，只有军工这种超越高富帅的行业才能弄得起。像模型飞机这种矮穷挫，您还是算了吧，我们只能用 PID 调参的方法来控制啊！ 2. PID 调参 1）调什么 PID 算法里面需要调参的就是 P、I、D 这三个参数，也就是调整者三种反馈信息在控制律中所占的比重。P 调整控制力度，P 作用越大手抬得越快，但是太快就难停下哦，造成来回找目标点变成抖动；I 是调节误差的，可以使运动更加精确，但是会使控制过程变慢；D 的作用是提供运动的预测，根据预测预先控制，可以在即将到达目标的情况下减小超过的幅度（这个叫做超调），从而加快整个过程。有些飞控比如 TauLabs 飞控，具有内外环双 PID 参数调节，内环调节速率，外环调节姿态。这种做法是从直升机陀螺发展而来的，基本上可以把内环整个当做速率参数来理解吧。 2）怎么调基本上 PID 的调节大多采用试凑法。就是调整参数，观察实际效果，再调整，再观察……如此循环，直至得到满意的结果。

当然这种方法有如下几个问题需要注意，首先需要有个初始参数，如果飞机根本不能离地，怎么观察呢？其次，这么多参数，哪个先调哪个后调呢？再者，调节的幅度多大合适？我们先来看看这是不知哪位先贤、理科男、学霸、牛人…… 他编的顺口溜。这文学水准我们就不多讨论了，跟祖“万里江山红旗飘，三座大山不弯腰”一个水平，啥时候我们也仿照他来个“自控体”。不过过程写的相当牛啊，大家参考吧：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低 4 比 1 一看二调多分析，调节质量不会低哎，坚持着看完了，估计晚饭就免了，下面谈谈我的看法。关于前面三个问题，初始参数我建议大家使用飞控所带的参数就可以了，一般问题不大；调整顺序一般我喜欢先调整参数 P，再加入 I，至于 D 嘛很少用到。 3）效果会是怎样的 PID 调参的结果大概有四个，最佳的收敛，最糟糕的是发散，人品不佳则临界振荡，还有很少出现的响应缓慢。看下面的图片，左上曲线就是发散，飞机越振越厉害，直到翻倒；右上所示的是振荡，来回振动不稳定；左下图表示的是飞机控制正常状态，控制的时候每个动作会感觉到非常短时间的振动，但是这个振动很硬，就是很快能够达到稳定的姿态；右下的图示很少碰到，就是每个动作都慢慢接近稳定，但是就是达不到想要的状态。

按照我的飞控调参经验，如果出现了发散的情况，要么是初始参数有问题，要么就是是飞机有故障。一般飞控出厂固件没调过参数的时候，很少出现这种问题，所以大部分情况是飞机故障。最典型的就是电机安装顺序有误，或者螺旋桨旋转方向有误，这就需要你好好检查飞机排除故障。如果出现了振荡的情况，只能说明你人品不好。为啥这么说呢？因为你调的参数离调好不远啦，可就是差了那么一点点，一点点…… 大部分情况还是控制正常，飞机姿态比较好，但是需要你继续调参让它变成很稳，很硬的样子，这就可望而不可及的事情啦，要看你的调参水平和经验了。一句话，勤学苦练没有捷径！我没碰到过第四种情况，哪位有见过可以给我补充补充吧。 3. 解决四旋翼的爬、抖、晃在实际调参过程中我的四旋翼最常出现的问题就是爬、抖、晃了，这里分享一下经验。当然作为非典型自控学渣，我不保证这些都正确，我只能保证里面一定有错误，呵呵，所以希望大家给补充和改正。 1）爬所谓“爬”指的是飞机在地上蹭来蹭去，蹭来蹭去，就是不起飞；你给大油门他就干脆翻个不玩儿了。根据纯经验，减小 I 的数值可以解决问题。

2）抖所谓“抖”指的是飞机起飞后，高频抖动，电机的声音就像得了帕金森。根据前面的内容，这基本上就是 P 过大造成的不断高速超调，所以减小 P 的数值基本上可以解决这个问题。 3）晃所谓“晃”指的是飞机飞起来一切感觉良好，但是你让他一挪地方，他就在那里刷碗，晃晃再稳定住。根据经验，I 的数值还是大了，造成过程极其缓慢，所以适当减小 I 可以解决问题。

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