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无人机角度控制器的主要参数的调试方法介绍

2020-09-26 11:55 次阅读

前言

无人机的调试工作很大一部分是对飞行控制参数的调试,广义的飞控参数包含了制导、导航、控制律以及各种控制策略中的可调参数。

一般的飞控都有上百项需要人为调试的参数,有的甚至是几百上千个。而姿态控制作为无人机控制的基础,一般在无人机试飞调试时首当其冲,成为我们首要调试对象,当然导航的参数以及我们上一讲PX4实战目光之振动分析肯定是在调试姿态之前都有一个比较好的状态的。

我们今天要说的姿态参数调试方法是针对目前使用最为广泛的串级PID控制器进行的,而在姿态控制中基于时标分离假设设计的控制器一般分为内外环结构,内环控制姿态角速率,外环控制姿态角。

时标分离的意思就是内环响应的速度要远快于外环,所以内环响应可以在很短的时间内跟上外环给出的期望。

PX4中使用的P(外环)—PID(内环)型结构就是这么设计出来的,关于姿态控制的控制律设计部分我们以后再讲,会针对欧拉角和四元数两种描述分别进行论述。

今天我们就来谈谈这个P—PID的内外环姿态控制器的参数应该怎么调试。

固定翼、直升机和多旋翼的调参方法有类似之处,但是他们三者对于参数的敏感性完全不同,直升机对参数及其敏感,参数稍有变化控制效果就会相差很多,而固定翼对于参数适应范围很广,也是最好调试的。

今天我们的调参主要针对的是多旋翼飞机(垂起飞行器旋翼部分),以PX4为例,其他飞控调试方法基本一样,可能参数名字不一样,功能有所差别而已。

调参准备

在开始参数调试之前,我们要做一些调试准备,飞行器各系统正常自不必说,飞控参数也要有所更改和验证:

1、电调校准完毕;

2、PWM_MIN参数要保证飞行器解锁后电机不会停止转动,这么做的原因是在空中遇到姿态控制比较极端的情况下,飞行器输出的电机控制信号一般会打到最低和最高位置。如果,最低位置PWM_MIN时电机已经停止转动,那也就是说电机这部分控制已经不起效果了,会造成飞行器力和力矩的不平衡,姿态控制出现问题。

所以在地面时要进行以下验证:

A、不装桨叶上电;

B、将油门打到最低位置;

C、俯仰滚转偏航三个方向都晃动45度(这个角度根据你设置的最大姿态角来定);

D、检测有无电机停转;

3、还是打开SDLOG_PROFILE参数的high rate选项,便于分析姿态控制效果;

4、将参数MC_AIRMODE置0.此参数会在电机饱和时优先保证姿态控制,减弱油门通道的控制;

5、将姿态相关的所有参数都减少20%,避免发散的可能性。其主要参数如下:

滚转角速率控制器:(MC_ROLLRATE_P, MC_ROLLRATE_I, MC_ROLLRATE_D)

滚转角速率控制器:(MC_PITCHRATE_P, MC_PITCHRATE_I, MC_PITCHRATE_D)

滚转角速率控制器:(MC_YAWRATE_P, MC_YAWRATE_I, MC_YAWRATE_D)

滚转角控制 (MC_ROLL_P)

俯仰角控制 (MC_PITCH_P

偏航角控制 (MC_YAW_P)

最大滚转角速率 (MC_ROLLRATE_MAX)

最大俯仰角速率(MC_PITCHRATE_MAX

最大偏航角速率 (MC_YAWRATE_MAX)

滚转角速率前馈控制(MC_ROLLRATE_FF)

俯仰角速率前馈控制(MC_PITCHRATE_FF)

偏航角速率前馈控制(MC_YAWRATE_FF)

参数调试方法

俯仰滚转偏航三个通道的调试方法基本是一样的,所以我们只针对其中一个通道来进行说明,就以滚转通道为例,为了飞行安全,我们调试时都以manual/Stablized模式起飞,不进行Acro模式的试飞。

调试步骤一般是这样的:

1、轻推油门,在地面上观察飞机有无震荡趋势,没有则正常起飞;

2、在空中做滚转方向激励(遥控器滚转遥杆迅速向左或向右拨杆后回中),遥控器从小到大给出滚转通道激励(10-30度左右的激励)后观察飞机反馈,看飞机有无震荡现象;

3、先调试参数MC_ROLLRATE_P,此参数是角速率控制器的主力军,只要有误差第一时间响应,参数大小直接影响飞机的灵敏度,每次增加10-20%直到给激励后飞机出现小幅震荡为止,这时候将此参数缩减为60-70%左右;

4、再调试参数MC_ROLLRATE_I,也是每次增加10-20%直到飞机出现小幅震荡,缩减为60-70%,此参数主要用于消除跟踪静差,参数太小会导致无法应对外界扰动;

5、参数MC_ROLLRATE_D与飞行器的噪声有关,所以对于噪声大的飞行器此参数基本设置为0附近,噪声小的可以适当增加此参数后观察飞机是否有小幅震荡,有的话缩减为50%,此参数过小会出现飞行器给出激励后回中时超调出现多次余震。

6、固定好内环参数后调试参数MC_ROLL_P,此参数基本不用怎么调试,调大了也会震荡,然后缩小;

7、MC_ROLLRATE_FF参数其实就是角速环输出直接反馈到电机上,此参数有利于飞行器给出姿态期望后的快速响应,但是不能过大,因为他不是反馈控制,要是占的输出比例过大,会干扰角速率环的控制。如果飞行器姿态响应比较慢可适当加大,姿态响应过于灵敏则降低此参数。

8、关于角度和角速率的限幅参数其实要根据具体的飞机来定了,如果飞机的电机不够富裕,那就限制得小一点,如果电机能力足够,就放宽一些。

9、THR_MDL_FAC参数,这个参数是用来修正升力和PWM输出值的关系的,我们经常发现在悬停状态时飞机的姿态控制好好的,但是到了快速爬升和下降时,飞机就出现姿态不稳的现象,就是因为力和PWM的输出他不是线性关系,所以会出现不同油门值的时候控制效果不一样,这个参数就是用来调试这个现象的。关于这个参数我们后面再讲。

数据分析

调参是一定需要数据分析的,可以使用Flight Review来进行分析,主要分析角度和角速率跟踪情况以及电机是否出现饱和现象。

下面的数据除了第一张图之外都是较大尺寸飞机的姿态响应曲线,所以给出激励后响应较慢,不像小尺寸飞机的跟踪效果那么好。

角速率跟踪好的情况就跟下图所示:

无人机角度控制器的主要参数的调试方法介绍

跟踪不好震荡的情况是这样的:

姿态跟踪好的情况给激励是这样的:

姿态跟踪不好的情况是这样的:

总结

本文描述了如何调试角度控制器的主要参数,调参的时候要注意不要一步调太多,调试参数时飞机要落地,多调试,多总结,基本上就能够掌握调试的技巧了。姿态调参部分还有TPA的相关参数和THR_MDL_FAC没有细讲,后面会进行补充。

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HVLED001BTR STMicroelectronics HVLED001B高功率因数反激式控制器

STNRGPF02TR STMicroelectronics STNRGPF02和STNRGPF12PFC 数字控制器

oelectronics STNRGPF02和STNRGPF12因数校正 (PFC) 数字控制器设计用于交错PFC升压拓扑,适用于大功率应用。STNRGPF02提供传统的涌入电流控制,通过基于继电器和限制器电阻器的机械解决方案来实现。STNRGPF12具有数字涌入电流控制功能,通过基于可控硅整流器的固态解决方案来实现。两款器件均可驱动多达2个交错通道。 STNRGPF02和STNRGPF12 PFC数字控制器在基于混合信号(模拟/数字)架构的应用中以固定频率在CCM中工作,具有平均电流模式控制。 这些控制器可通过专用软件工具 (eDesignSuite) 进行配置,以匹配各种特定应用。该工具可生成完整的原理图,其中包括完整的材料清单和最终二进制对象代码 (FW),可下载至IC。 特性 2个交错通道升压PFC 固定频率CCM平均电流模式 半数字架构 集成浪涌电流限制器功能 过流和热保护 软启动 切相功能 高工作频率 轻松集成其他应用 灵活的设计定制,可满足特...
发表于 10-29 12:07 32次 阅读
STNRGPF02TR STMicroelectronics STNRGPF02和STNRGPF12PFC 数字控制器

HVLED007TR STM icroelectronics HVLED007电流模式PFC控制器

oelectronics HVLED007电流模式PFC控制器采用特殊电路(输入电流整形器),支持高PF准谐振反激转换器从电源线中获取理论上的正弦输入电流。该IC具有一个控制输入,用于由光耦合器的光电晶体管驱动,以关闭二次侧稳压的隔离控制环路。然而,通过添加简单的外部电路,它也可用于关闭一次侧稳压的电压环路。 HVLED007具有各种保护特性,可处理过载、短路和过压情况。推拉输出电路输出级具有600mA拉电流和800mA灌电流能力,适用于大型MOSFET驱动器。得益于推拉输出电路级以及其他特性,该器件成为非常适合用于符合EN61000-3-2标准的SMPS(高达100W)的低成本解决方案。 HVLED007 PFC控制器是室内和室外固态照明应用的理想选择,具有低至-40°C的扩展工作温度范围,并可保证电气规格。 特性 对反激式PFC前置稳压器进行转换模式(准谐振)控制 专有的输入电流整形器,可实现最小的线路电流THD 用于隔离反馈和光耦合器驱动的控制输入 输出过压保护 过载和短路保护 低 (&le...
发表于 10-28 15:08 8次 阅读
HVLED007TR STM icroelectronics HVLED007电流模式PFC控制器

MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

MAX25612高压LED控制器是一款单通道高亮度LED (HB LED) 驱动器,适用于汽车前灯应用。这些应用包括远光灯、近光灯、日间行车灯 (DRL)、转向指示灯、雾灯和其他LED灯。该器件的输入电压范围为5V至48V,可以驱动一个LED灯串,最大输出电压为65V。MAX25612是完全同步型器件,适合需要同步整流的升压和降压-升压应用,可提供大于90%的效率。 MAX25612可检测LED灯串高侧的输出电流。需要进行高侧电流检测,以防止输出端到接地或电池输入端发生短路。该器件也是用于驱动LED的最灵活方案,支持升压、高侧降压或降压-升压模式配置。PWM输入提供高达5000:1的LED调光比,ICTRL输入在MAX25612中提供额外的模拟调光功能。MAX25612还包括一个FLT标志,用于指示灯串开路、灯串短路和热关断。MAX25612还支持内置扩频调制,以提高电磁兼容性能。 特性 集成度高,可最大限度地减少BOM、降低成本 +5.0V至+48V的宽输入电压范围和+65V的最大升压输出 集成pMOS调光FET驱动器 用于模拟调光的ICT...
发表于 10-28 14:57 26次 阅读
MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板

oelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板设计用于演示HVLED002控制器。HVLED002控制器管理主要由D1、L1和Q1组件组成的反向降压电路,能够提供大约700mA作为最大LED负载电流。外部0V至10V信号专门用于管理调光输出LED电流(最大值的1%至100%),具有模拟 (100%至10%) 和PWM (10%至1%) 控制功能。需要15V辅助电压才能为HVLED002控制器上电。 特性 VIN - 48VDC至60VDC;VAUX - 15VDC输入电压 LED输出电压:24VDC至48VDC LED输出电流:700mA(最大值) 调光:1%至100% 低于50mW(60VIN时)直流无负载 效率 满载:>97% >95%(负载超过20%时)(模拟#...
发表于 10-21 11:24 18次 阅读
EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板

EVAL6227PD EVAL6227PDL6227 DMOS双路全桥驱动器 PWM电流控制器评估板

发表于 05-20 23:05 23次 阅读
EVAL6227PD EVAL6227PDL6227 DMOS双路全桥驱动器 PWM电流控制器评估板

STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A数字控制器100瓦LED路灯照明评估板

STLUX385A数字控制器 高效率(92%) 初级侧控制 高达100瓦上(100伏,1 A或0.5 A 200 V) 适于LED连接单个隔离输出 宽输入电压范围:90 V至265 V AC 在STEVAL-ILL066V2评估板是一个完整的和可配置的解决方案,有效地控制使用STLUX385A数字控制器的单个,可调光,高亮度LED串。
发表于 05-20 23:05 31次 阅读
STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A数字控制器100瓦LED路灯照明评估板

ST23L48A ST23L48AST23联系安全MCU具有48 KB的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt加密处理器

型8位/ 16位ST23 CPU核心的16兆字节线性寻址存储器 用户的ROM 390千字节 用户RAM的6个字节 2千字节NESCRYPT RAM的 48个字节用户EEPROM,包括128个字节的用户OTP区的 30年的数据保存在25℃下 在25℃下500000次擦/写 1到64字节擦除或编程在1.5毫秒 工作温度:-25°至+ 85°C 增强NESCRYPT加密处理器,用于公共密钥加密 FIPS PUB 197兼容的AES加速器 使用看门狗和中断3个8位的定时器能力 ST23L48A设备是串行存取微控制器定制设计的用于安全智能卡应用程序。...
发表于 05-20 22:05 63次 阅读
ST23L48A ST23L48AST23联系安全MCU具有48 KB的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt加密处理器

ST23YR48 ST23YR48ST23双接口安全MCU用48千字节的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt密码处理器 RF B型(非接触式ID-护照/ PKI)

特性 增强型8位/ 16位ST23 CPU核心的16兆字节线性寻址存储器 390个字节用户ROM 6字节用户RAM 2千字节NESCRYPT RAM 48个字节用户EEPROM包括128个字节的用户OTP区: 30年的数据保存 1到64字节擦除或编程在1.5毫秒 增强NESCRYPT加密处理器,用于公共密钥加密 硬件安全增强DES加速器 与看门狗和中断能力三个8位定时器 3V和5V电源电压范围 外部时钟频率高达10 MHz 高性能 CPU时钟频率高达29 MHz的 省电待机状态 联系分配与ISO / IEC兼容:通过提供7816-3标准 异步收发器(IART),用于高速串行数据支持(ISO / IEC 7816-3和EMV™兼容) ESD prote ction大于5千伏(HBM)用于接触焊盘和4千伏用于非接触垫 接触设有 与ISO / IEC 14443个类型B标准的要求 13.56MHz载波频率 RF帧至多512字节 RFUART(RF通用异步收发器)高达848千位/秒 0.5千字节专用RFUART RAM BPSK - NRZ负载调制(卡到读取器) 8%至14%幅度调制的接收(读取器到卡)作为最小的范围 通过CPU的时钟频率高达设置到29兆赫加上时钟频率增强的RF性能分频器 安全性...
发表于 05-20 22:05 88次 阅读
ST23YR48 ST23YR48ST23双接口安全MCU用48千字节的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt密码处理器 RF B型(非接触式ID-护照/ PKI)

STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
发表于 05-20 20:05 126次 阅读
STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

尔® VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路(数字STVCOT™) 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5%Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号:所有所需的参数是通过PMBus的™接口编程。
发表于 05-20 19:05 45次 阅读
PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

EV-VNH7070AY EV-VNH7070AYVNH7070AY评估板

的单IC应用板专用于VNH7070AY 提供电连接和热散热,易于成型 EV-VNH7070AY为您提供了一种简单的方法,以ST的VIPower M0-7 H桥驱动器连接到现有的原型电路。该评估板自带预装配有VNH7070AY H桥。电气元件的车载最小设定(作为用于设备数据表建议)使用户能够直接连接的负载,在电源与所述微控制器在没有外部部件的设计和连接的任何额外的努力。
发表于 05-20 18:05 39次 阅读
EV-VNH7070AY EV-VNH7070AYVNH7070AY评估板

STSW-STPM003 STSW-STPM003为STM32F4探索套件和EVALSTPM32三相固件实现

4个STPMs计量 用于保存参数EEPROM支持(可选) USB虚拟Com端口(VCP),用于支持GUI和LabTools Minishell(命令行分析器),用于通过USB发送命令 在UART或SPI STPM通信 STM32处理程序和驱动程序支持基于立方MX 使用STPM3x和STM32F407装置中的固件实现的三相应用的开发。它已经开发了基于STM32F407VGT与EVALSTPM32接口的STM32F4发现套件,但它可以很容易地移植到其它微控制器。
发表于 05-20 15:05 26次 阅读
STSW-STPM003 STSW-STPM003为STM32F4探索套件和EVALSTPM32三相固件实现

STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件

包STM32微控制器ARM ®皮质® -M0 +和ARM的Cortex-M3 符合STM32Cube开发框架 在其他STM32平台便携式 基于RS-485通信的PC接口 通信层用于交换主站和传感器节点 传感器配置和传感器数据采集 快速傅立叶变换(FFT)运算,以评估振动谱 此试剂盒包括用于一个完整的固件版本STEVAL-IDP004V1和STEVAL-IDP003V1评估板,以促进在配置中,数据交换和处理方面的系统管理。它是基于STM32CubeHAL库,并使用功能强大的STM32CubeMX工具来配置微控制器和更新而不会丢失数据的创建工作区。...
发表于 05-20 15:05 61次 阅读
STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件

STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B

固件实施例来构建应用程序状态监测和预测性维护基于三维数字加速度计,环境和声学MEMS传感器 中间件包括算法为先进的时间和频率域信号处理振动分析 可编程FFT大小(512,1024或2048点) 可编程FFT平均和重叠 可编程窗(平顶,汉宁,汉明) 速度RMS均线,加速度最大峰值 中间件集成麦克风算法: PDM到PCM 声压 音频FFT 固件包STM32F469AI开发了在不同的微控制器系列便于携带 PC数据监视通过任何游离终端模拟器 示例示范固件STEVAL-IDP004V1 IO-Link的主功能的多端口评估板和DE通信dicated PC GUI 特殊STSW-BFA1PREDMNT状态监测固件配置成与STSW-IDP4PREDMNT相互作用,并且允许经由STM32MP157C-DK2网关数据上传至云。 在固件包旨在帮助您开发基于状态监测的工业预测性维护解决方案。...
发表于 05-20 14:05 22次 阅读
STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B

STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货

包与应用实例的二进制为STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源输送适配器。 应用固件基于所述认证X-CUBE-USB-PD软件设计的ARM ® 32位皮质® -M0 STM32F051 MCU和PD3.0认证STUSB1602A C型控制器。 在STSW-USBPD45CFW软件包被设计为支持STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型电源输送适配器参考设计。
发表于 05-20 13:05 42次 阅读
STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货

STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件

62A IO-Link通信收发器装置IC集成在STEVAL-IOD003V1评估板的管理驱动程序层 GPIO和IRQ的配置 用于接收和发射I / Q信道控制 故障中断处理 用于控制L6362A设备 易于在不同的微控制器系列可移植性示例应用程序,这要归功于STM32Cube 自由的,用户友好许可证条款 在STSW-IOD003是用于STEVAL-IOD003V1评估板它集成了L6362A IO-的评估软件链路收发器设备。
发表于 05-20 13:05 46次 阅读
STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件

EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板

压范围:90至265 VAC 最小线频率(f →):47赫兹 稳压输出电压:400伏 额定输出功率:100W 最大2F →输出电压纹波:20 V峰峰值 保持时间:10毫秒(V DROP 后保持时间:300 V) 最小开关频率:40千赫 最低估计效率: 92%(@ V 在 = 90 VAC,P OUT = 100 W) 最高环境温度:50℃ PCB类型和大小:单面为35μm,CEM-1,90×83毫米 此演示板是基于新的过渡模式PFC控制器L6564H和器具100 W,宽范围的电源输入,PFC预调节器适用于镇流器,适配器,平面屏幕显示器,并且所有具有SMPS以满足IEC61000-3-2或JEITA-MITI法规。...
发表于 05-20 12:05 69次 阅读
EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板

STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面

RS232端口连接与微控制器 自动COM连接 L9177A SPI寄存器读取和写入 能够生成可编程durationactuations 可能性控制L9177A并行致动。 在STSW-L9177A是一个图形用户界面(GUI),其允许以初始化并通过SPI协议改变参数控制EVAL-L9177A评估板,管理并行PWM输入和读出的输出。该L9177A GUI已经使用Labview的开发和其使用,如微控制器接口,在SPC56M发现板。
发表于 05-20 12:05 69次 阅读
STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面