四轴飞行器PID控制器

Question

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我的任务是设计和构建一个微型四轴飞行器的速度 PID 控制器，而不是室内的苍蝇。四轴飞行器飞行的房间配备了基于摄像头的高精度室内跟踪系统，可为四轴飞行器提供速度和位置数据。由此产生的系统应该能够接受每个轴（x、y、z）的目标速度并以该速度驱动四轴飞行器。

四轴飞行器的控制输入是滚转/俯仰/偏航角和高度的推力百分比。

我的想法是为每个轴实现一个 PID 控制器，其中 SP 是该方向上的所需速度，测量值是跟踪系统提供的速度，输出值是滚转/俯仰/偏航角和推力百分比。

不幸的是，因为这是我第一次接触控制理论，我不确定我是否朝着正确的方向前进。

问题

• 我了解基本的 PID 控制器原理，但我仍然不清楚它如何仅通过对误差求和并乘以常数将速度（m/s）转换为滚转/俯仰/偏航（弧度）？是的，速度和滚转/俯仰成正比，所以这是否意味着乘以正确的常数会产生正确的结果？

• 对于垂直速度控制器的情况，如果速度设置为 0，四轴飞行器实际上应该只是保持其高度而不上升或下降。如何将其与 PID 控制器集成，以便在误差实际为 0 时推力值不为 0（应保持悬停，而不是下降）？我应该在输出中添加一个常数项吗？

• 系统实施后，调整 PID 增益参数的好方法是什么？手动试错？

• 系统开发的下一步是位置 PID 控制器的附加层，它将所需位置 (x,y,z) 作为设定点，测量位置由室内跟踪系统提供，输出为 x/y /z 速度。这是一个好方法吗？分离这些 PID 控制层的原因是该项目是促进可重用性的更大框架的一部分。仅使用单层 PID 控制器直接将位置坐标作为设定值并输出滚转/俯仰/偏航/推力值会更好吗？

Answer 1

• 这就是基本的想法。理论上，您最终可以在系统中使用几个常数来从一种单位转换为另一种单位。就您而言，您的 P、I、D 常数将隐式包含正确的转换因子。例如，如果在理想化系统中，您希望通过 P=0.5（以度为单位）的反馈来控制角度，但您所能访问的只是速度，并且您知道 5 度的倾斜会产生 1 m/s，那么您会对 P 控制器进行编程，将测量到的速度乘以 0.1，结果将是角度的控制输入。
• 我认为最好的方法是实现一个 SISO PID 控制器，不是在高度 (h) 上，而是在垂直速度 (dh/dt) 上，并以推力百分比作为输出，但我对此不确定。
• Unfortunately, if you have no advance knowledge about the parameters, that will be the only way to go. I recommend an environment that won't do much damage if the quadcopter crashes...
• That sounds like a good way to go