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【基于STM32L432的飞控】 精华  

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Cortexxx 发布时间:2016-10-21 14:29
本帖最后由 Cortexxx 于 2016-11-23 14:00 编辑 8 T, `$ D) ~( U7 e* n* n& u

4 v$ P" Q5 c% g$ d+ ^0 G8月份众筹的板子  今天分享一下四轴飞控  
9 N# a9 Y. J/ ?/ gNucleo 32板子比较小比较适合做飞控
; `0 |* a* O* `) {2 W) G5 L8 B5 l8 [采用了互补滤波和串级PID9 l9 \3 v& ^- t9 e, K) O4 m+ s
个人认为最重要的就对PID的了解 和PID的调试
" ?( }1 b6 m2 ~5 {7 Z# Z, Q' P0 J, z8 B/ i

- e. t% {) C6 c) {% M第一步 买买买+ x- o- c) l" j! a% h  B
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。
" J9 r. g( p- Y& H; f$ |/ M" S9 X& n电子调速器: aka 电调 好盈20A
2 k1 N& U9 x( t) ]' Q, d! H螺旋桨: 9寸
$ e) e" o- O- v" u0 W1 j& r遥控器:天地灰6II 3 s- u# ^3 z% n' v. z
   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。
' S' V7 A0 M) w! F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" C: ^# y' `( f- S, j
6轴传感器:mpu6050 8 X  F+ {& k- Y% `/ u' M1 A. @
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!
- w8 G  J9 @# \: a机架:450
4 p  `  d  G( l  F- [  IPS: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
& e0 r" y6 Y+ w" y2 K! m6 M/ E/ B0 C+ n$ Y

4 c+ v0 r; g5 q3 }第二步 调试陀螺仪
- r) A; l6 X/ ~, x9 P. e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6 p# t0 o* Y' `* N0 [
mpu6050用的是IIC接口 LZ用的软件模拟的IIC" G! }; A4 q, r7 F
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* I% `: N( m: t8 [( A0 ~0 [
LZ采用的是最简单滤波方式--互补滤波 7 F4 \+ F8 |" L- T% P  p' i! ?$ c
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。, y  c! `- [" c  k- _

: q! w% i+ R* V% m' W+ q  }3 u1.IIC 和 UART 程序9 X* l. V* q$ v# C8 f: |
2.初始化mpu6050
+ f3 a6 U" \. z8 a7 ^$ Z3.滤波. Q+ W6 M: L- F9 J# {
QQ截图20161123135923.png 2 l, ^. ~& w# l' {+ w1 n
  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..+ A- s8 w7 I8 D( Y# |- W( c
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;
  \- u. M1 g& z0 b3 r+ o( J上面的 程序1 是互补滤波 # A/ v9 L, t$ |
AX AY AZ是加速度的值
$ Z4 m' P8 y" i- Q5 i4 k! HGX....      是角速度的值% L7 A  y. |) r% l  k- p
GXErr        是角速度的零点误差值
0 J1 f/ o, _( E" d% v! ]. DGET 加速度 和角速度值的时候 用了一个低通滤波# D, s& h4 P# j
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;
' H8 T6 i! J  ]: c4 A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。
2 z, k( ^0 u) U0 `. s2 F                       角度读取的时间间隔必须保持一致                     
; O2 X! S- Y6 S3 R0 T, W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
. l8 m5 y) V9 V: t# J第三步 遥控器&电机驱动
% ^3 Y& K, E: l8 h+ \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!! l7 v7 V! |) s4 @5 g& w
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!
3 G5 H2 y$ Y; }  D两种方法:输入捕获   或者外中断加定时器
1 f! G9 b: J% y2 [' ]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;
" ~# W0 ^( T: S' s( T4 a/ W无刷电机的驱动 0 \2 Y9 T: T! C  f  ]* n5 E3 j
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/ T! O9 F+ A8 y) t
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, T) ~: ^, Q  I$ I
第四步 PID
! f" E' w" K% ~4 Q* s2 v* vPID控制器 包括比例积分微分) l' L; R, z* X- T4 M$ n- H3 I
航模采用的是位置式PID
9 `1 N# ^0 z+ ?- s, O; D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7 F. n2 S! M% W  H

0 \* }3 N( [, t+ D
, u; H  ^$ i# z1 G
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;) e: R! y" C- B+ l% a. F" E- I4 f' D
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) ; p4 q+ A2 D! w, N4 L
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!!!
( R8 x# J; k! k7 h$ K2 W  W( Q# B, V, {1 W; n7 @

5 W% I6 O9 z8 |! \# a; n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。
8 ^, Z; y0 ~8 `- tI 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。( u4 e4 k( P# N7 A0 g3 O
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!!
6 u( ]: I& d. C- ~
$ K, t4 E& ~- y" A) A# N% V2 l+ q

: l: S( U% b7 C/ k0 {0 |; s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!( _, P% U, U9 G# c* N/ J3 I
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。
+ w% s# U+ r& H3 y5 t% \

3 _2 B- b' }/ }. f% kPID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!!!!!!!
3 `2 A; F7 \0 Z, ~. C" u- n
6 F3 t& }4 |/ C- B
第五步 PID的调试  重中之重5 q9 I  m- D/ Y8 F$ ]
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% _# s6 f( N  `8 M
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。3 \- v9 J9 @8 n
) H' d7 Q( g3 ]8 T% Q0 t
上图!上图!上图!
( V7 e$ {) ]6 Z0 @ P61123-105423.jpg + k$ i( n- ^1 m9 B

4 S( C7 @  y  y! B0 w P61123-105429.jpg 8 ?, @" J1 A! b, s6 F; [
6 {% F7 e3 P! u! {0 G8 ^: {
P61123-105439.jpg ' {+ S1 `+ A8 t$ }
: Z1 t8 U! f4 `. G1 C6 V- r  H
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 * N6 X% k4 @, x+ f" p
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!  x- f' a2 e' Z7 U. C8 v9 k. A0 T" s8 i) E
, K( ^& ]1 x8 }
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收藏 5 评论45 发布时间:2016-10-21 14:29

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45个回答
Cortexxx 回答时间:2016-11-28 14:19:39
zmh169 发表于 2016-11-28 09:01
  S$ b0 B0 P' _% K. u; C门外汉,看热闹。飞控就是控制电调的中央控制单元吧,相当于汽车的ECU?
, a, ^8 A3 J5 d, V1 b3 x; @# C
对 但是我对汽车电子不太了解。差不多就是个闭环控制 读取实时角度 反馈给单片机 然后根据角度 改变电机转速。 达到动态平衡。
Cortexxx 回答时间:2016-10-22 18:05:14
g921002 发表于 2016-10-22 14:24
/ [8 C5 ~6 g$ S) ^2 a& X裡面有關ESP8266的代碼跟使用很棒,感謝!!
! D" V* c% Q. Q7 _0 G
  最开始玩了一下WiFi 然后就直接拿那个模板写的飞控了  
jackten 回答时间:2016-12-4 20:27:27
谢谢分享                 
zero99 回答时间:2016-10-21 15:54:31
谢谢分享
11:493 回答时间:2016-10-21 15:55:49
多谢分享。学习了。
车厘子 回答时间:2016-10-21 16:35:05
高二毛 回答时间:2016-10-21 17:31:06
感谢分享。
assssdz 回答时间:2016-10-21 22:24:22
:):):)
ynwscfsfi 回答时间:2016-10-22 00:14:39
感谢分享!
disheng4688 回答时间:2016-10-22 09:24:42
谢谢分享
黑皮男 回答时间:2016-10-22 10:39:19
多谢分享
andrewz 回答时间:2016-10-22 13:08:44
谢谢分享~
g921002 回答时间:2016-10-22 14:24:54
裡面有關ESP8266的代碼跟使用很棒,感謝!!
zbber 回答时间:2016-10-22 15:23:18
感谢分享
原田夜舞love 回答时间:2016-10-23 23:13:44
谢谢分享
2 @" d# ]; i, ^
爝火燃回春浩浩 回答时间:2016-10-24 01:49:17
支持,太赞了。收藏了。
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