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[分享] 【基于STM32L432的飞控】

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发表于 2016-10-21 14:29:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 Cortexxx 于 2016-11-23 14:00 编辑

8月份众筹的板子  今天分享一下四轴飞控  
Nucleo 32板子比较小比较适合做飞控
采用了互补滤波和串级PID
个人认为最重要的就对PID的了解 和PID的调试


第一步 买买买
无刷电机: LZ买的是朗宇2212 980KV 电机;    买电机的时候不要贪小便宜,贵一点无所谓,买个正品比什么都重要;当然如果程序写的好,电机好坏就无所谓了。
电子调速器: aka 电调 好盈20A
螺旋桨: 9寸
遥控器:天地灰6II
   遥控器比较贵,建议买个二手的玩玩。天6足够用了 6通道的。
航模锂电池:HRB 3S 35C 3000mAh  种类挺多的 钱多就买好的 没钱就买个中等价位的;无底洞!! btw 还要买充电器
6轴传感器:mpu6050
主控芯片:STM32L432 主频100MHz Nucleo32 体积比较小做飞控板很不错的;之前用了一块Nucleo64做过,实在有点大!
机架:450
PS:还需要一个降压模块12V->5V的 酱就差不多圆满了 还有一些小东西 比如说 镍氢电池 扎线带  blah blah blah


第二步 调试陀螺仪
安装什么的就不说了 还要当然如果是第一次做的话 做个十字形的比较好调试 LZ是新手所以做了一个十字形的
mpu6050用的是IIC接口 LZ用的软件模拟的IIC
6轴传感器 分别是3个方向x y z 方向的加速的 和角速度
LZ采用的是最简单滤波方式--互补滤波
卡尔曼滤波没弄过,想弄卡尔曼的话自己好好学学吧!毕竟响应速度快。

1.IIC 和 UART 程序
2.初始化mpu6050
3.滤波
QQ截图20161123135923.png
  1. <blockquote>mpu.AXtemp=(float)((Get(0x3b)-145)*0.2f+mpu.AXtemp*0.8f);
复制代码
在滤波之前需要消除零点漂移  加速度 和角速度都有零点漂移 而且产生零点漂移的因素有很多 温度 气压 etc..
所以每次启动程序的时候都要初始化零点误差。 LZ只初始化了 角速度的零点误差。因为加速度的零点误差 需要放在一个固定的已知角度来调;
上面的 程序1 是互补滤波
AX AY AZ是加速度的值
GX....      是角速度的值
GXErr        是角速度的零点误差值
GET 加速度 和角速度值的时候 用了一个低通滤波
然后开始单位换算  之后的anglex+=(mpu.AX-anglex)*0.05f+mpu.GX/500.0f*0.95f;  是互补滤波 由于Z轴是旋转轴用不到加速度所以就直接把角速度积分的到 角度(自旋)的偏移量;
得出来的角度也不知道好不好看 所以这时用串口把得到的角度发出去,然后用Excel把得到的点绘制成折线图。观察图像是否圆滑。有没有阶跃。
                       角度读取的时间间隔必须保持一致                     
所以必须用定时器读  LZ采用500Hz的读取速度。 因为之后还有积分微分呢 周期T必须一致
第三步 遥控器&电机驱动
遥控器发送信号到接收器,接收器输出50Hz的PWM 高电平时间≈1.0ms~2.0ms 具体多少用逻辑分析仪看看吧!
只是让自己知道占空是比多少这还远远不够 还需要让单片机知道!
两种方法:输入捕获   或者外中断加定时器
LZ用的是外中断加定时器  上升沿来个中断让读一下 TIMx->CNT的值 然后下降沿在GET一下TIM->CNT寄存器的值  两次值做差就得到的高电平时间。酱就可以了;很简单的;
无刷电机的驱动
MCU输出PWM(50Hz 高电平时间和遥控器的高电平时间一致或者成一定比例)->电调->无刷电机
我是这么写的程序:1.当接收器的值小于一定值的时候 关掉所有电机  2.然后把增大的值 X0.5或者0.6(自己定) 在加上基础的值
第四步 PID
PID控制器 包括比例积分微分
航模采用的是位置式PID
比例环节 理解很简单就是误差 × Kp 可以理解为系统响应的速度Kp的值越大响应速度越快 过大就开始震荡


微分环节 微分就是求导  位移求导就相当于速度  速度求导就相当于加速度  mpu6050自带角速度 就不必把角度求导了 直接用陀螺仪输出的角度就即可;
可以把微分环节看做一个负反馈,或者说当做一个阻尼系统,如果速度越快微分出来的值就越大 当做负反馈来较小相应速度。当时 朋友给我举过一个例子,一个摆锤,抬到一定角度之后松开。一开始的时候摆锤的高度最大,所以垂直于 摆锤绳子上的力(沿运动方向的力)最大。可以把这个力理解为比例环节的值。当 摆锤 运动到零点时(期望位置) 速度最大,我们做的PID目的就是让他在0点的时候停下来。OK 这时候我们引入了 微分环节(阻尼系统)--空气阻力, 空气阻力一定是速度越快阻力越大。 这样的话摆锤在来回摆动第20个周期之后停了一下。很明显阻尼系统太小了。那好吧!!这次我们把摆锤放在水里,可能两个周期就停了。所以我们就说这事一个调的比较不错的PD系统。(没有积分环节所以没有I)
上面的例子可以看出 放在水里 比放在空气里面要好 但是要理解成微分环节 越大越好!!!


积分环节:I 积分 换句话说就是累加的和  作为一个成熟的飞控系统 积分相当重要。但是 自己写的飞控感觉对I的要求并不算高。
I 累计误差,误差值的累加如果说你的飞机的重心不在中心上,那么一定要加一定的I作为补偿。
再用上面的那个例子 这回把摆锤放在沙子里,好吧!!他根本不回到达零点!!沙子的阻力太大了,所以这时候我们需要加上个 积分环节 选出累计误差。时间越长累计误差的值就越大。可以想象一下一开始差了1°,控制时间是100Hz 的话 一秒钟之后就到了100°。相当可怕了 所以积分环节一定要加上限!!!而且积分的Ki要小一点!!


这样调试完成了 去空地上试一试,JEEEEEEEZ 四轴跟陀螺一样在地上转!
没错 我们还需要最Z轴进行PID 和上面的调试方法差不多 只是我们只用到了Z轴的角速度D。 Z轴速度的积分想到与 角度P, Z轴角速度积分之后再积分。相当于I。

PID系统也要在定时器中断里面运行  控制周期指的就是这个!!!  速度可以降到100Hz或者50Hz!如果降低频率的话需要对PID的一些参数进行修改!!!!!!!

第五步 PID的调试  重中之重
LZ对PID的调试也没什么经验,这东西全凭感觉! 而且需要和你的四轴有一定的情感,随心所动
如果感觉自己的PID不稳定的话 可以使用串级PID  就是上面的到的PID输出的值 作为第二PD(没有I) 的P的输入量,然后微分D 这次需要把角速度进行一次微分,得到角加速度。 PWM_D_Y=(mpu.GY*500.0f)*PWM_KD_Y;  我程序里面写的*500 其实相当于/0.002; 然后在输出给电机。

上图!上图!上图!
P61123-105423.jpg

P61123-105429.jpg

P61123-105439.jpg

里面带的那个ESP8266的是我之前想法的帖子 但是没发 这回把那个工程再贴上去吧
仅仅只是点个灯 而且属于局域网的wifi 没连接外放 如果连接外网的话需要在网上租一个云服务。太麻烦了 而且还需要花钱 就没弄!

Flight_Ctrl.rar (1.42 MB, 下载次数: 271)

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