PX4 Guide (main)

中文 (Chinese)

English

中文 (Chinese)

English

Appearance

多旋翼飞行器PID调参指南（手动/基础篇） ​

本教程将介绍如何在PX4上为所有多旋翼飞行器配置（四旋翼、六旋翼、八旋翼等）手动调校PID回路。

TIP

对于大多数用户，建议使用自动调参功能，因为它速度更快、操作更简便，并且能为大多数机型提供良好的调参效果。对于自动调参无法适用或需要更精细调校的机型，才推荐进行手动调参。

一般来说，如果你使用的是合适的支持的机架配置，默认的调参设置应能让飞行器安全飞行。不过，为了让所有新的飞行器配置发挥出最佳性能，还是建议进行调参，因为相对较小的硬件和组装变动都可能影响到实现最佳飞行效果所需的调参增益。例如，不同的电调（ESC）或电机都会改变最佳的调参增益。

简介 ​

PX4采用比例（P）、积分（I）、微分（D）（PID）控制器（这是应用最为广泛的控制技术）。

_QGroundControl_的PID调参设置提供了飞行器设定点和响应曲线的实时绘图。调参的目标是设置P/I/D值，使“响应”曲线尽可能接近“设定点”曲线（即快速响应且无超调）。

QGC速率控制器调参用户界面

这些控制器是分层的，这意味着较高级别的控制器会将其结果传递给较低级别的控制器。最底层的控制器是速率控制器，其次是姿态控制器，最后是速度与位置控制器。PID调参需要按照这个顺序进行，从速率控制器开始，因为它会影响所有其他控制器。

每个控制器（速率、姿态、速度/位置）和轴（偏航、横滚、俯仰）的测试过程都是相同的：通过快速移动摇杆来快速改变设定点，并观察响应。然后调整滑块（如下所述），以改善响应与设定点的跟踪效果。

TIP

  • 速率控制器的调参最为重要，如果调校得当，其他控制器通常无需调整或只需微调。
  • 通常，横滚和俯仰可以使用相同的调参增益。
  • 使用特技飞行（Acro）/稳定（Stabilized）/高度（Altitude）模式来调校速率控制器。
  • 使用位置模式来调校“速度控制器”和“位置控制器”。确保切换到“简易位置控制”模式，这样你就可以生成阶跃输入。 QGC PID调参：简易控制选择器

操作前提 ​

  • 你已为飞行器选择了最匹配的默认机架配置。这应能让你的飞行器已经可以飞行。
  • 你应该已经完成了电调校准。
  • 如果使用PWM输出，其最小值应在执行器配置中正确设置。这些值需要设置得较低，但要确保飞行器在已解锁状态下电机不会停止转动。 这可以在特技飞行模式或稳定模式下进行测试：
    • 卸下螺旋桨。
    • 解锁飞行器并将油门降至最低。
    • 将飞行器向各个方向倾斜约60度。
    • 检查是否有电机停止转动。
  • 尽可能使用高速率的遥测链路，如WiFi（典型的低量程遥测电台速度不够快，无法提供实时反馈和绘图）。这对于速率控制器尤为重要。
  • 在调校飞行器之前，禁用MC_AIRMODE（在PID调参屏幕中有此选项）。

WARNING

调参不佳的飞行器很可能不稳定，容易坠毁。确保已设置急停开关。

调参步骤 ​

调参步骤如下：

  1. 解锁飞行器，起飞并悬停（通常在位置模式下）。
  2. 打开_QGroundControl_的“飞行器设置 > PID调参”。 QGC速率控制器调参用户界面
  3. 选择“速率控制器”选项卡。
  4. 确认飞行模式选择器设置为“禁用”。
  5. 将“推力曲线”值设置为：0.3（基于PWM、功率的控制器）或1（基于RPM的电调）。

INFO

对于基于PWM、功率的控制器以及（部分）UAVCAN速度控制器，控制信号与推力的关系可能不是线性的。因此，在悬停推力下的最佳调参，在飞行器以更高推力运行时可能并非理想状态。

推力曲线值可用于补偿这种非线性：

  • 对于PWM控制器，0.3是一个不错的默认值（可能需要进一步调参）。
  • 对于基于RPM的控制器，使用1（无需进一步调参，因为这些控制器具有二次推力曲线）。

更多信息请参阅详细的PID调参指南。

  1. 将“选择调参”单选按钮设置为：“横滚”。
  2. （可选）选中“自动飞行模式切换”复选框。这样，当你按下“开始”按钮时，系统将自动从位置模式切换到稳定模式。
  3. 对于速率控制器调参，切换到“特技飞行模式”、“稳定模式”或“高度模式”（除非已启用自动切换）。
  4. 选择“开始”按钮，开始跟踪设定点和响应曲线。
  5. 快速将“横滚摇杆”推至最大范围，并观察绘图上的阶跃响应。

TIP

停止跟踪以便更轻松地查看绘图。当你缩放/平移时，会自动停止跟踪。使用“开始”按钮重新启动绘图，使用“清除”按钮重置绘图。

  1. 使用滑块修改三个PID值（对于横滚速率调参，这些值会影响MC_ROLLRATE_K、MC_ROLLRATE_I、MC_ROLLRATE_D），并再次观察阶跃响应。滑块移动后，这些值会立即保存到飞行器中。

INFO

目标是使“响应”曲线尽可能接近“设定点”曲线（即快速响应且无超调）。

PID值的调整方法如下：

  • P（比例）或K增益：
    • 增大此值可提高响应速度。
    • 如果响应出现超调和/或振荡，则减小此值（在一定程度上，增大D增益也有帮助）。
  • D（微分）增益：
    • 增大此值可抑制超调和振荡。
    • 仅按需增大此值，因为它会放大噪声（并可能导致电机发热）。
  • I（积分）增益：
    • 用于减少稳态误差。
    • 如果此值过低，响应可能永远无法达到设定点（例如在有风的情况下）。
    • 如果此值过高，可能会出现缓慢振荡。
  1. 对俯仰和偏航重复上述调参过程：
    • 使用“选择调参”单选按钮选择要调校的轴。
    • 移动相应的摇杆（即俯仰摇杆用于俯仰调参，偏航摇杆用于偏航调参）。
    • 对于俯仰调参，从与横滚相同的值开始。

TIP

使用“保存到剪贴板”和“从剪贴板重置”按钮，将横滚设置复制为初始俯仰设置。

  1. 对姿态控制器的所有轴重复调参过程。
  2. 对速度和位置控制器（所有轴）重复调参过程。
    • 调校这些控制器时使用位置模式。
    • 在“位置控制模式...”选择器中选择“简易位置控制”选项（这允许直接控制以生成阶跃输入）。 QGC PID调参：简易控制选择器

至此，调参完成！离开设置前，记得重新启用飞行模式。