已知偏航角如何调节两侧旋翼速度以控制无人机恢复平衡

Question

已知偏航角如何调节两侧旋翼速度以控制无人机恢复平衡，具体的调节方式是什么样的，如何把角度的误差转化为电机的转速差

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

要让无人机通过调节两侧旋翼速度来恢复平衡，你需要设计一个简单的控制系统，这个系统通常被称为PID（比例-积分-微分）控制器。PID控制器是一种常用的反馈控制器，它可以根据当前的偏差（即实际偏航角与期望偏航角之差）以及偏差的历史信息（积分项）和偏差的变化率（微分项）来调整输出。

以下是实现这一过程的步骤和伪代码：

1. 定义参数：

   • Kp：比例系数，用于快速响应当前偏差。
   • Ki：积分系数，用于消除长期误差。
   • Kd：微分系数，用于预测并抑制可能的振荡。

2. 初始化：

   • 设定期望偏航角为0度，因为我们要让无人机回到正前方。
   • 初始化偏差、积分项和微分项为0。

3. 测量：

   • 从传感器获取实际偏航角。

4. 计算偏差：

   • 偏差 = 实际偏航角 - 期望偏航角。

5. 积分项更新：

   • 积分项 += 偏差 * 时间步长。

6. 微分项计算：

   • 如果是第一次计算，微分项 = 0；
   • 否则，微分项 = (新偏差 - 旧偏差) / 时间步长。

7. PID输出：

   • PID输出 = Kp * 偏差 + Ki * 积分项 + Kd * 微分项。

8. 确定旋翼速度调整值：

   • 由于我们有两个旋翼，我们可以简单地将PID输出平均分配给两个旋翼，或者根据旋翼位置进行不同的调整。
   • 例如，如果左侧旋翼在前，右侧旋翼在后，则可以将PID输出的正值分配给左侧旋翼，负值分配给右侧旋翼，或者反之亦然，具体取决于你的无人机设计。

9. 限制输出：

   • 确保调整后的旋翼速度在允许的范围内。

10. 执行：

    • 将调整后的旋翼速度设置到相应的电机上。

以下是伪代码示例：

# 定义PID参数
Kp = 0.5
Ki = 0.1
Kd = 0.05
time_step = 0.01  # 时间步长，根据你的系统确定
max_speed_change = 100  # 旋翼速度的最大调整量

def pid_controller(current_yaw, desired_yaw):
    global error, integral, derivative

    # 计算偏差
    error = current_yaw - desired_yaw

    # 更新积分项
    integral += error * time_step

    # 计算微分项
    if derivative is None:
        derivative = 0
    else:
        derivative = (error - old_error) / time_step

    # PID输出
    pid_output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative

    # 限制输出
    speed_adjustment_left = min(max(pid_output / 2, -max_speed_change), max_speed_change)
    speed_adjustment_right = min(max(-pid_output / 2, -max_speed_change), max_speed_change)

    # 设置旋翼速度
    set_rotor_speed(0, current_speed_left + speed_adjustment_left)
    set_rotor_speed(1, current_speed_right + speed_adjustment_right)

    # 更新变量
    old_error = error

这个伪代码展示了如何基于偏差、积分和微分来计算旋翼速度的调整值。你需要将其与你的硬件接口结合，并根据实际情况调整PID参数。注意，这只是一个基本的PID控制器，更复杂的无人机可能需要考虑更多因素，比如风力影响等。