飞行参数调整


调整多旋翼飞行器时,首要任务是建立一种稳定、无振荡的调参状态,以便进行后续测试。

  • 将飞机设置为STABILIZE模式

  • 缓慢加大油门,直至飞机离地2-3米,观察飞机的俯仰/横滚响应。

[!Warning] 调试为高危操作;只限专业人士操作,且责任需自担,本章只做技术分享;如果不想承担风险,请购买成熟的整机。 [!Warning] 如果在调试过程中,飞机大幅晃动或者抖动,则应立即收油门中止起飞或降落。调整PID前,需要完成调参前配置

默认PID控制器经验分享

[!NOTE] 自稳P决定纠正的速度和力度,速率P决定飞行的平稳性;自稳P的值会对速率P值产生重大影响;除非您注重的飞机在遥控操作上大机动灵敏或操控更跟手;或者速率P已经超出系统限制;不建议调整角速度P;大的P值有利于飞行器抗风性能。正常情况下,我们优先调整速率PID(红色框内)。

[!Tip] 理论上,小型飞行器所需的速率P低于默认值,而大型飞行器则通常需要高于默认值的速率P值。同样的机型下,动力越猛需要的速率P值越小,越软的机臂或者机翼则需要越大的D值来抑制抖动。

1、对于250轴距或者更小的飞机起飞时快速抖动建议配置:

轴类型 参数名 默认值 建议初始值(降低P值减小抖动)
横滚(Roll) ATC_RAT_RLL_P 0.135 0.07
横滚(Roll) ATC_RAT_RLL_I 0.135 0.07
横滚(Roll) ATC_RAT_RLL_D 0.0036 0.0016
俯仰(Pitch) ATC_RAT_PIT_P 0.135 0.07
俯仰(Pitch) ATC_RAT_PIT_I 0.135 0.07
俯仰(Pitch) ATC_RAT_PIT_D 0.0036 0.16
偏航(Yaw) ATC_RAT_YAW_P 0.180 根据需求调整
偏航(Yaw) ATC_RAT_YAW_I 0.018 根据需求调整
偏航(Yaw) ATC_RAT_YAW_D 0.000 根据需求调整

2、对于大型载重无人机建议电机安装保留3度侧倾角;以增加航向稳定性,或者将调整更大的值;以防止起飞时航向偏转(排除磁罗盘干扰/摇杆导致的)

轴类型 参数名 默认值 建议初始值(提高值)
偏航(Yaw) ATC_RAT_YAW_P 0.180 0.5或更高

对于载重比低或者混合动力动力偏弱的多旋翼需要增加默认PI值,以下为建议值

轴类型 参数名 默认值 建议初始值(提高值)
横滚(Roll) ATC_RAT_RLL_P 0.135 0.25
横滚(Roll) ATC_RAT_RLL_I 0.135 0.25
俯仰(Pitch) ATC_RAT_PIT_P 0.135 0.25
俯仰(Pitch) ATC_RAT_PIT_I 0.0036 0.25
偏航(Yaw) ATC_RAT_YAW_P 0.180 0.5或更高

3、对于机翼比较软的机型

对于机翼或机臂比较偏软的飞机上高频抖动时;一味的降低P值会导致控制姿态响应慢或晃(P值过小);这时可通过提高D值来抑制抖动兼顾姿态响应。 //解决问题最好的办法是加固飞机。

轴类型 参数名 默认值 建议初始值(加D值减小抖动)
横滚(Roll) ATC_RAT_RLL_D 0.0036 0.0040或更高
俯仰(Pitch) ATC_RAT_PIT_D 0.0036 0.08或更高

[!Warning] 以上为根据调试经验的经验值,可作为初次起飞参考,要完全适配还需要根据飞行状况和速率PID调整指引进行匹配。

速率PID值调整指引

[!TIP] 新手建议调参顺序:先调速率P;确定I(常见I=P);根据需求调整D(反应僵硬降低D;抖动加D);飞行后可通过PID评估工具分析和优化调参。

参数类型 核心作用 异常表现 调整 单次调整幅度
P(速率比例) 误差修正的响应速度
和力度
过小:角速度响应慢,软弱无力晃,姿态跟随滞后
过大:高频抖动,过冲
晃(无力)则加;抖则降 0.01~0.04
I(速率积分) “累积误差修正器” 过小:误差无法消除,误差持续累积则加
过大:小动作多,出现回弹、低频摆动
容差裕度较大,一般等于P值 趋向P值
D(速率微分) 误差 “预判抑制器”
抑制高频抖动
过小:高频抖动无法抑制
过大:飞机反应迟钝、动作僵硬
抖则加,迟缓则减 0.0002~0.0004

典型表现与调试方向

控制轴 核心参数(ArduPilot) 典型表现与方法
俯仰/横滚轴(ROLL/PITCH) ATC_RAT_P(速率P) 缓慢晃、响应无力降P
俯仰/横滚轴(ROLL/PITCH) ATC_RAT_P/D(速率P) 高频抖动(猛而有力的矛盾晃/过冲)则降P/加D
俯仰/横滚轴(ROLL/PITCH) ATC_RAT_I(速率I) 直接取速率P值
航向轴(YAW) ATC_RAT_YAW_P(速率P) 航向无法锁死、自旋、画金鱼尾加P
航向轴(YAW) ATC_RAT_YAW_P(速率P) 航向响应过猛、出现振荡降P

[!NOTE] PID调整的思路是寻找合适P与D的比例,让飞机响应迅速又能够平稳;正常情况下,FLIT、FLTD和GYRO/Accel截止频率使用调参前配置生成的值;当电机产生有比较严重的啸叫时,可以尝试降低Gyro截止频率。

自稳P(角速度)控制器

外环(自稳):P为遥控感度,用多大的角速度来修正姿态;用多大的角速度速度修正角度误差

[!NOTE] 正常情况下,不应修改自稳P值,除非你希望获得更高的遥控操作效果,该项修改应先于速率PID;因为它会严重影响速率P,该值越大,速率P需越小;过大的值会导致速率P难以适配。

  • 如果你想要它更灵敏,可以已20%的幅度增加,直到飞机出现抖动,然后降低20%

高度(油门)PID控制器调整

  • 将参数MOT_HOVER_LEARN设置为 2;开启悬停油门学习

[!Tip] 如果AltHold模式时,高度开始上下振荡(油门),可能需要将位置和速度控制器的参数降低50%。这些值是:PSC_POSZ_P和PSC_VELZ_P.如果您的飞机高度飞行高度没有抽搐或者上下波动,不要进行高度参数调整;对于很多飞机而言他,它不要调整。

  • 自稳模式(STABILIZE)起飞,并飞高至5m,切换到 AltHold(随时准备高度失控时切回自稳).
    // 当您会听到电机/油门快速上下的抖动,将PSC_POSZ_P和PSC_VELZ_P以30%/次的幅度降低 `// AltHold飞行模式,推油shang'se
  • 确保飞行器至少悬停30秒,让悬停油门参数收敛到正确的值,降落并上锁。
  • 根据获取的MOT_THST_HOVER值,修改以下参数
    PSC_ACCZ_P等于1.5倍MOT_THST_HOVER
    PSC_ACCZ_I等于2倍PSC_ACCZ_P
    ATC_THR_MIX_MAX=0.9(如果`MOT_THST_HOVER`值小于0.3)
    
  • 再次以自稳模式(STABILIZE)起飞,并飞高至5m,切换到AltHold飞行模式,定高飞行正常后,可降落再次以AltHold飞行模式模式起飞。(AltHold模式需油门60%以上才会起飞)
  • 下一步进行悬停(Loiter)控制环调参。

    [!Tip] 完成空载油门学习后,需要将设置MOT_HOVER_LEARN为0,关闭学习,否则可能会出现挂载飞行时,获取到新值产生油门抖动。

[!NOTE] 对于很多飞机而言,高度参数可能不需要调整。

快速飞行时掉高的处理办法

这种情况多出现于控制器裸露于外表,移动时风灌入导致气压浮动;而产生高度波动。可以根据以下方案解决:

方案一:解决根源(物理防护方案)

解决思路 具体操作 操作说明 注意事项
阻断风干扰源头 给飞控加装防护盖子 通过物理遮挡,避免风直接吹向气压计传感器 1. 盖子不可完全密封,需预留通风孔;2. 保证传感器散热通畅;3. 不影响飞控其他接口使用

方案二:降低气压计高度源权重

解决思路 参数名称 参数注释 推荐设置 适用场景
引入GPS高度补偿 EK3_OGN_HGT_MASK 主高度源非GPS时,调用GPS高度纠正主高度源的偏移与基准面时间漂移 GPS可信(如RTK模式)时设为1 气压计定高存在轻微偏移,且GPS信号稳定
调整传感器权重 EK3_ALT_M_NSE 定义高度测量噪音的均方根值,数值越大,气压计权重越低,GPS/加速度计权重越高 风干扰较明显时适当增大数值 气压计受气流影响导致高度数据波动频繁

方案三:更换主高度源(二选一)

解决思路 参数名称 参数注释 推荐设置 操作前提
切换主气压计 BARO_PRIMARY 指定飞控优先使用的主要气压计 选择编号对应不易受风干扰的气压计 飞控内置多气压计
切换垂直位置源 EK3_SRC1_POSZ 设定EKF3算法的垂直位置(高度)传感器来源 使用RTK时设为3(GPS作为高度源) 已搭载RTK模块,且GPS高度数据可信度高

方案四:风估计补偿

风估计补偿教程

悬停(位置环)PID调整

[!Tip] 调整悬停(位置环)的PID需要先调整俯仰的PID否则会发生一些奇怪的表现。比如自稳模式和定高模式没有表现的晃动或者抖动在悬停模式下体现了;对于很多飞机不需要调整位置环参数

参数名称 核心功能 注释&工作逻辑 调试原则&异常场景处理
PSC_POSXY_P 位置环P增益(水平) 实际位置与目标位置的纬度方向偏差,线性转换为水平期望速度,并传递给悬停纬度速率控制器,是位置环的核心比例调节参数,决定位置偏差的响应速度。 1. 偏小:位置定不住、无人机飘移
2. 偏大:位置偏差响应过强,无人机纠偏时出现抖动、超调(比如定点时小范围左右/前后晃);
3. 注意:若出现规则的刷马桶/画圈圈飘移,大概率是罗盘校准偏差GPS位置偏移导致,优先排查传感器而非调参。
PSC_VELXY_P 速度环P增益(水平) 核心作用:将水平期望速度与实际速度的实时偏差,转换为水平目标加速度,是速度环的比例调节,决定速度偏差的即时纠偏力度。 1. 偏小:速度跟踪慢,比如打杆变向时无人机反应迟缓,定点时因速度补偿不足间接导致位置飘移;
2. 偏大:速度纠偏过急,出现速度超调、机身抖动,比如从静止加速时突然窜动,减速时猛的顿一下。CUAV
PSC_VELXY_D 速度环D增益(水平) 校正位置控制速度的短期突变/变化率
主要用于平滑速度变化、减少抖动。
1. 偏小:无法抑制速度的快速波动,无人机易因速度突变出现抖动、窜动,尤其在风速稍大的环境下;
2. 偏大:速度响应变“钝”,微分阻尼过强,无人机变向、加减速时动作僵硬,甚至出现滞后;
PSC_VELXY_I 速度环I增益(水平) 校正速度环的长期稳态偏差 1. 偏小:存在速度稳态偏差;
2. 偏大:积分累积过快,出现积分超调

[!Tip] 调参顺序:先定PSC_POSXY_P(位置环基础),再调PSC_VELXY_P(速度环核心),最后配PSC_VELXY_DPSC_VELXY_I

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