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楼主 |
发表于 2012-11-4 20:31:21
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圆点博士微型四轴飞行器之平衡和姿势控制：
上述各个章节对传感器进行了具体描述，下面谈下如何进行四轴飞行器传的平衡和姿势控制。开始这部分描述前，大家必须不要混淆加速度传感器和角速度传感器。角速度传感器也有人叫角加速度传感器，不过不要小看这个“角”字，一字之差，千里之别。如果你还是无法区分它们，建议在读本节之前，先重新复习下上面各章节。
前面说到，角速度传感器输出的角速度是瞬时的角加速度量，一般的平衡控制系统不能直接使用它。我们需要得到角度的变化量来进行平衡控制，这就需要使用角速度和时间进行积分运算，从而得到角度的变化量。然后这个角度的变化量就能用于平衡控制。所以在实际的四轴飞行系统中，首先要对角速度传感器做 PI运算。PI是比例积分控制，是滞后校正，它是PID（比例/积分/微分）发展起来的一种PID改进算法。P是指比例控制，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。I是指积分控制，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
PID是一种闭环控制算法，必须在硬件上具有闭环系统，即控制系统和反馈系统。PID（比例/积分/微分）并不是必须同时具备三种算法，可以是PD,PI，甚至P算法控制。单纯的P算法控制是最简单的，以四轴飞行器为例，就是把角加速度数据读回来，是正就电机加速，是负就电机减速，或做相反控制。对于单纯的P(比例)控制，反映系统的当前状态，可以通过加快调节来减小误差，但是使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定。 I（积分）和D(微分)不能单独起作用，必须和P(比例)控制配合使用， I（积分）反映系统的累计偏差，使系统消除稳态误差。D(微分)反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，从而进行超前控制。四轴飞行器只用到PI算法。关于PI算法的更多知识，我们将会在后续的章节中陆续谈到。
理论上，如果我们知道物体的初始姿势，通过角速度传感器的上述积分运算，我们也能得到物体的最终姿势，但是，我们知道积分运算是有误差的，随着时间的流逝，误差越来越大，最终这个计算出来的变化的角度就和实际的角度相差较远。从而导致姿势和我们预想的发生偏差。
加速度传感器是以重力作为参考力方向的，在无外力的情况下，测量出来的是物体的绝对姿势。但是它无法区分重力加速度和外力加速度。因为运动中的四轴飞行器同时受到重力和外力的作用，所以加速度传感器的姿势输出也无法反映飞行器最真实的姿态。
所以在没有其它参照物的基础上，就要充分了解这两种传感器的特性，扬长避短，在短时间内使用角加速度的值，在长时间内使用加速度的值进行校正，从而得到接近真实值的姿势。
所以在一个四轴飞行器系统中，对角速度传感器进行PI运算，四轴飞行器就有了瞬时的增稳，能够进行飞行，由于累积的误差作用，很快中心点就会偏离水平位置，通过使用加速度传感器不断对角速度传感器进行纠正，就能使得四轴飞行器的中心点保持在水平位置，实现平衡飞行。
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楼主: rovershie
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发表于 2012-11-4 20:42:10
。还是要尝试过才知道。
