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多旋翼设定值调整(轨迹生成器)

本文档概述了多旋翼飞行器中影响“用户体验”的调参参数,例如飞行器对摇杆操作或任务中方向改变的反应速度、最大允许速度等。

换句话说,本主题阐述的是如何调整那些影响 “期望设定点” 值的参数,而非影响飞行器对设定点 “跟踪” 效果的参数。

生成这些设定点的算法被称为 “轨迹生成器”。

WARNING

本指南面向高级用户 / 专家。

TIP

在进行本文所述的任何调参操作之前,请先遵循 多旋翼飞行器PID调参指南 中的说明。请勿尝试通过调整这些参数来修正错误的轨迹或抖动问题。

综述

P/PID 控制器的输入是飞行器应尝试跟踪的 “期望设定点”。PID 调参(“底层调参”)旨在减小期望设定点与飞行器状态估计值之间的误差。

传递给 P/PID 控制器的 “期望设定点” 本身是根据基于摇杆位置(在遥控模式下)的 “需求设定点” 或任务指令计算得出的。需求设定点可能会快速变化(例如,如果用户将摇杆从 0 瞬间推至最大值)。若能使相应的期望设定点平稳变化,飞行器的性能表现会更好。

“设定值调整”(“高层调参”)用于指定 “需求设定点” 与 “期望设定点” 之间的映射关系,即定义期望设定点跟随需求设定点变化的 “渐变斜率”。

TIP

P/PID 增益 调参不当可能导致飞行器不稳定。而设定值调参不当虽不会导致不稳定,但可能会使飞行器对设定点变化的反应过于急促或反应迟钝。

飞行模式轨迹支持

任务模式 始终使用 加加速度限制 的轨迹。

位置模式 支持以下列出的实现方式。默认情况下,它使用基于加速度的映射方式;其他类型可通过 MPC_POS_MODE 进行设置。

高度模式 同样支持由 MPC_POS_MODE 选择的实现方式,但仅用于平滑垂直分量(即控制高度时)。

其他模式不支持轨迹调整。

位置模式实现方式

以下列表概述了将摇杆输入解读并转换为轨迹设定点的不同实现方式:

  • 基于加速度(默认)
    • 水平摇杆输入映射为加速度设定点。
    • 摇杆操作直观,就像在推动飞行器移动。
    • 达到巡航速度时,不会出现意外的倾斜变化。
    • 垂直摇杆输入采用加加速度限制的轨迹进行映射。
    • 在位置模式下,通过 MPC_POS_MODE=基于加速度 进行设置。
  • 加加速度限制
    • 在需要平稳运动的场景中使用(例如:拍摄、测绘、运输货物)。
    • 生成对称平滑的 S 曲线,始终保证加加速度和加速度限制。
    • 可能不适用于需要更快响应的飞行器或应用场景,例如竞速四旋翼飞行器。
    • 在位置模式下,通过 MPC_POS_MODE=平滑速度 进行设置。
  • 简易位置控制
    • 摇杆直接映射到速度设定点,无平滑处理。
    • 对速度控制调参很有用。
    • 在位置模式下,通过 MPC_POS_MODE=直接速度 进行设置。

高度模式实现方式

位置模式实现方式类似,以下是解读垂直摇杆输入的实现方式:

  • 加加速度限制
    • 平滑垂直输入。
    • 在高度模式下,通过 MPC_POS_MODE 设置为 “平滑速度” 或 “基于加速度”。
  • 简易高度控制
    • 垂直输入无平滑处理。
    • 仅当使用 MPC_POS_MODE=直接速度 时,在高度模式下进行设置。