主要内容

位置跟踪的x配置四轴飞行器使用速度控制器

开放的例子

这个例子展示了如何使用无人机工具箱支持包PX4蒙设计位置控制器的使用速度控制的x配置四轴飞行万博1manbetx器。在本例中,您也验证了控制器设计使用PX4主机目标和jMAVSim模拟器。

介绍

无人机的工具箱支持包PX万博1manbetx4蒙允许您使用仿真软件来设计飞行控制算法稳定车辆基于当前车辆的态度,位置和速度,并跟踪使用仿真软件所需万博1manbetx的态度。

在本例中,您将学习如何使用PX4主机目标和jMAVSim模拟器设计和验证位置和速度控制器的x配置quadrotor车辆和控制车辆使用各种滑块位置,可以在仿真软件®模型。万博1manbetx的jMAVSim模拟器软件的一部分中定义的循环(SITL)模拟PX4网站安装,支持包安装的一部分。万博1manbetx

先决条件

  • 执行最初的设置和配置任务支持包使用的硬万博1manbetx件设置屏幕。在硬件设置屏幕选择一个PX4自动驾驶仪和构建配置中,选择PX4主机目标随着硬件板从下拉列表中。

模型

打开示例模型:

open_system (“px4demo_PositionAndRateController”);

该模型实现了一个Proportional-Integral-Derivative控制器(PID)控制的位置,速度和态度的一种的x配置quadrotor飞行器。在每个时间步,该算法调整不同转子的旋转速度跟踪期望的态度,速度误差的描述。

任务1 -阅读所需的位置和当前位置

在这个例子中,我们考虑风速的影响在四轴飞行器飞行时。四轴飞行器必须努力维护所需的位置和高度。根据位置误差,俯仰和滚命令生成和输出执行机构电机的修改。

的输入滑块模型中可用于提供所需的四轴飞行器的飞行的坐标。

  • 的变量des_alt代表一个高度车辆盘旋。高度值可以设置使用各自的滑块或直接改变des_alt不变的价值。

  • 所需的X和Y位置可以通过分配所需的值设置为常量des_x和des_y或使用各自的滑块。

在所需的位置、高度和偏航面积,还可以提供动态输入(而不只是静态输入)测试位置控制器的跟踪能力。在这个例子中,正弦波作为动态输入和可以选择使用各自的手动开关。

NED参考系中的车辆的位置和它的利率可以使用uORB读块访问,这是“vehicle_local_position”配置为读取消息。

任务2 -设计位置和速度控制器

在位置和高度控制子系统,三个独立的PID块利用期望之间的差异和当前值生成x和y速度要求。每个PID的输出块限制限制速度的预定义的最大和最小值之间。对于这个示例,限制设置为20 m / s x和y方向,并为海拔10米/秒。从车辆的最大速度限制通常是推断的特点。

  • 为特定的车辆,最大可翻译速度取决于音高和滚动角的极限。音高和滚动角限制50度的模拟工具。实现翻译的限制速度可以通过手动设置给予最大间距/辊棒示例中输入“px4demo_AttitudeControllerWithJoystick_quadrotor”和观察x和y速度。

  • 车辆的最大爬升率主要是依赖于推进系统的性能和车辆的质量。模拟车辆的最大爬升率可以通过手动设置为最大油门操纵杆输入示例中“px4demo_AttitudeControllerWithJoystick_quadrotor”和观察z速度。

  • 自从速度NED参考系中测量当前速度误差计算之前,首先应用校正通过旋转矩阵非零偏航角。

  • 美联储纠正速度误差分离pid生成要求旋转角度、间距。一个输出的每个PID块限制预定义的最大和最小值之间限制横滚和俯仰角度。

其余的设计态度控制器和混合器是类似例子的位置跟踪的x配置四轴飞行器”。

任务3 -使用监视和优化调整PID

对于指令来构建模型和执行监视和优化操作与数据监测、“px4demo_AttitudeControllerWithJoystick_quadrotor”指的是例子。

当你开始监视和优化,jMaVSim模拟器也启动了。

更多细节调优使用PID控制器,参考例子的位置跟踪的x配置四轴飞行器”。

本控制器在仅控制的优点

  • 观察到的例子的位置跟踪的x配置四轴飞行器”,大量的输入信号,统一由位置控制系统响应无法实现。对于一个阶跃输入分别为20米和50米,系统有不同的反应。

  • 这种行为来自quadrotor车辆的事实,我们不能直接控制的位置。操纵或控制变量在quadrotor四转子的转速。旋转速度的差异导致不同的推力和这个不对称推力生成一个时刻各种轴。那一刻诱发角速率,从而改变车辆的态度(辊,俯仰和偏航角)。零的音高和辊角度生成翻译速度,由于这最后quadrotor位置变化。

  • 在位置控制,我们正试图控制车辆的位置而改变四转子转动的速度。之间有一个巨大的时间延迟的时刻变化的时刻是在转速和转速变化的影响观察到车辆的位置。车辆动力学延迟传播通常会导致一个过度。

外加一个速度控制器,控制器之间的位置控制器和态度这推迟减少,可以提高控制器性能。图C和D图显示车辆的反应步骤输入分别为20米和50米,速度控制。这里的汽车都有相同的反应输入没有相当大的超调。

  • 改善控制器性能可以很容易地观察到致动器的输出。下面的图显示了一个控制器执行机构输出只有位置控制。

致动器输出是由一个错误的位置。一旦应用阶跃输入,执行机构输出饱和最大值由于大错误的位置。车辆开始获得的高度饱和执行器输出的大部分时间。在上升阶段,车辆垂直速度累积到一定程度,但由于它不是直接控制,执行机构输出保持饱和由于位置误差较大。

正因为如此,车辆到达接近所需的高度与大型垂直速度和位置误差迅速减少。微分动作踢在这个实例中,结果在突然改变执行机构输出的最小值。这种行为相似与继电器式控制或开关控制器和结果在一个重要的过度。

  • 在位置控制与中间速度控制的情况下,而不是位置误差,致动器输出直接由速度误差。大位置误差生成一个显著的速度需求,通过饱和执行器输出。一旦达到所需的速度,执行机构输出减少保持速度。

  • 最后,车辆到达接近所需的高度与垂直速度,进一步控制,降低定位误差导致减少的速度需求。控制器调整执行机构输出来实现所需的速度。

下面的图显示了执行机构输出位置和速度控制。