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最近飞四轴让我很是痛苦，因为我用飞固定翼的方式来控制油门，四轴就像兔子一样上窜上跳。等XAircraft 出超声波功能等了很久也没出来，还是自己动手写一个通用的超声波模块吧，估计不会很难。
想了一下需求大概是这样的 ：
1. 可以由单片机完全控制油门， 我只控制四轴的水平运动就行。
2. 可以用控的一个2段开关，来开启和关闭超声波定高， 开启后， 四轴将悬停在当前的高度。
3. 用另外一个开关，能自动起飞， 自动降落。
4. 能兼容大部分的四轴飞控(FS1212，KK，AQ50D之类)，因为接管了接收机的油门通道
在开始之前我设想了一些问题，后来在实际测试中进行了验证和修正。
1.超声波是否会被电机干扰？
实际测试后，超声波并不会被电机发出的声音影响。但很容易被紧贴在旁边的电池反射产生了干扰，所以超声波传感器得找一个周围至少有2-3cm间隔的地方放置。尽管如此，超声波在临界点时返回的数据一定会有噪点，我们得用kalman 过滤一次。
2.pid 如何实时查看output 。
方案一，用电脑上的 processing写一个波形显示程序。方案二，用anroid 写一个手机上的示波器，android sdk2以上可以使用蓝牙SDK， 再用一片20元的蓝牙芯片放在飞控上，就可以让飞控和手机通讯了。
3. PID 中比例，微分，积分的整定。
这三个参数需要在外场实际测试中调试，通讯链路是双向的，自订个协议设置参数没多大问题。遇到的困难是，在一些极端参数下，估计会产生巨大的不可控震荡，简单的说四轴会拔地而起，或者重重的高速撞击地球。暂时没想到好的办法防止这些情况，用绳子拴着？
4.pid output 用什么策略映射到 pwm
方案一是直接将输出映射到1000-2000 的脉宽，这样手动的油门将不参与控制
方案二，基于任何时候都不能相信机器人的理由，要将当前的油门值进行数据融合
5.开启pid 的策略
用遥控器的一个2档开关，开关拨到开启时，记录这瞬间的pwm和高度，作为setpoint。
6.超声波的异常处理，距离检测到 0 ，或很大的情况，距离突然变化的情况。
超声波必须要做卡尔曼滤波，在这些特殊情况下应该关闭定高功能，自动缓慢降落。
(原文件名:机架布局.jpg)
(原文件名:超声波特写.JPG)
算法早已写完，连续两个星期都没有时间去外场实际验证效果， kp ，ki ，kd 在家基本没法整定。
今天虽然有些小雨，也去了华农体育场，带了手提电脑和无线串口，直接用无线来修正单片机上的参数，大概调整了10来组，就已经很好飞了。我的控是美国手，四轴是x450，最后我的左手完全解放了，只用右手控制四轴前后左右就行了。帮我一起调整参数的朋友cn，从来没有飞过航模，开启锁定航向+超声波定高，让他飞了十来分钟下来说：太没挑战了，太无聊了。话没说完就倾盆暴雨，只好收工回家，改日再战。
(原文件名:PID整定.JPG)
经过实际外场测试，整定出PID 参数如下， 震荡已经很小了。
#define IMU_SAMPLE_RATE 1.0/16 // 16k Hz
Kalman kalman_ym(IMU_SAMPLE_RATE, 0.002 , 0.003 , 0.001 ); //油门卡尔曼
Kalman kalman_dt(IMU_SAMPLE_RATE, 0.002 , 0.003 , 0.001 ); //高度卡尔曼
int pinCSBin = 10;
int pinCSBout = 11;
//Define Variables we'll be connecting to
double Setpoint, Input, Output;
PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, 2 , 0.5 , 1 , DIRECT); // 最后整定出来的kp,ki,kd
这是运行在电脑上，用无线进行调整pid参数，这样就不用重新编译和上传程序到单片机了。
绿色线是目标高度
红色线是当前高度
蓝色是经过pid运算后修正的油门值
接下来，上制作教程： 程序也分享给大家，你可以随意下 载烧录。
一 。首先你得淘宝以下器件：
1. arduino uno/nano/mini/pro 都可以。（我一开始用了一片stm32f103RB，但这开发板挺贵而且没有电子基础的人upload都很困难，觉得没必要了，换成最容易买到的avr）
2.超声波传感器 （一搜一大把，几十块钱吧，我用的是5米距离的）
二。然后将arduino 的pin 2 接到 接收机的 3通道（油门）， 将pin3 接到接收机的5通道 （2段开关） 。 将arduino 的pin4 （油门输出） 接到飞控的1通道 （油门输入）
三。下 载程序，用usb烧录到芯片里去。
四。有必要的话调整一下参数，不调就用我设定好的。
然后，然后，打开care free+ 超声波定高，你会觉得飞四轴变得很无聊。
点击此处下载 ourdev_638239J87UEB.rar(文件大小:10K) (原文件名:四轴超声波定高代码.rar) |
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发表于 2011-5-8 13:44:26
楼主
好玩
那是不是头顶也要装一个防止撞头啊。。
