四轴无人机 PID 实现

1. 简介

这个 Arduino 草图提供了一个基于 Arduino Uno 板和 MPU6050 传感器的 X 型四轴飞行器的飞行控制器。

基本上,这个自动化例程是一个数字 PID 的实现,刷新率为 250Hz。 用于计算 PID 系数的方法是 Ziegler-Nichols 方法。 四轴飞行器的框架基于 F450。

您可以使用 这个 来校准您的电机驱动器。

一篇详细的文章可以在 这里 找到(用法语)。

(i) 目前正在积极开发中。

2. 要求

Arduino 库:

• Wire

3. 针脚连接:

       +-------------------------+
       |        MPU-6050         |
       |                         |
       | 3V3  SDA  SCL  GND  INT |
       +--+----+----+----+----+--+
          |    |    |    |
          |    |    |    |
+---------+----+----+----+----------------+
|        3.3V  A4   A5  GND               |
|                                         |
|                                         |
|                 Arduino Uno             |
|                                         |
| #4   #5   #6   #7   #8   #9  #10   #11  |
+--+----+----+----+----+----+----+----+---+
   |    |    |    |    |    |    |    |
  (M1) (M2) (M3) (M4)  |    |    |    |
                       |    |    |    |
                       |    |    |    |
                    +--+----+----+----+---+
                    | C1   C2   C3   C4   |
                    |                     |
                    |     RF 接收器       |
                    +---------------------+
  
图例:
Mx: 电机 X
Cx: 接收通道 x

4. 配置

4.1 遥控器配置

默认情况下,此草图使用模式 2 进行 RF 遥控,根据以下图片:

通道映射如下:

通道	命令
1	横滚
2	俯仰
3	油门
4	偏航

要更改通道映射,请根据您的需求更新函数 configureChannelMapping:

void configureChannelMapping() {
    mode_mapping[YAW]      = CHANNEL4;
    mode_mapping[PITCH]    = CHANNEL2;
    mode_mapping[ROLL]     = CHANNEL1;
    mode_mapping[THROTTLE] = CHANNEL3;
}

4.2 PID 调整

默认的 PID 系数值可能适用于 F450 类似的四轴飞行器。 但是,您可以在全局变量声明部分调整它们:

// PID 系数
float Kp[3] = {4.0, 1.3, 1.3};    // P 系数,顺序为: 偏航、俯仰、横滚
float Ki[3] = {0.02, 0.04, 0.04}; // I 系数,顺序为: 偏航、俯仰、横滚
float Kd[3] = {0, 18, 18};        // D 系数,顺序为: 偏航、俯仰、横滚

5. 四轴飞行器方位

 前
(1) (2)     x
  \ /     z ↑
   X       \|
  / \       +----→ y
(3) (4)

• 电机 1: 左前 - 顺时针
• 电机 2: 右前 - 逆时针
• 电机 3: 左后 - 顺时针
• 电机 4: 右后 - 逆时针

• 左翼 上 表示正侧滚
• 鼻子 上 表示正俯仰
• 鼻子 右 表示正偏航

MPU6050 必须如下方向放置:

• X 轴: 横滚
• Y 轴: 俯仰
• Z 轴: 偏航

6. 启动/停止

这个草图带有一个安全过程:要启动四轴飞行器,将遥控器的左操纵杆移到左下角,然后再移回中间位置。

要停止四轴飞行器,将左操纵杆移到右下角。

7. 调试

如果您需要打印调试信息,请确保以 57600 波特初始化串行:

void setup() {
  Serial.begin(57600);
  // ...
}

void loop() {
  Serial.println(measures[ROLL]);
  // ...
}