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飞控简析-从入门到跑路 第一章PX4的姿态控制(3)

发布时间:2019-07-27 03:52 来源:未知 编辑:admin

  接着上一篇的代码继续进行分析,上一篇的最后我们已经得到了过渡姿态R_rp的旋转矩阵(大地坐标系)。并得到了从实际姿态旋转到过渡姿态时,在机体坐标系的三轴角度差e_R。

  然后,创建期望姿态的X轴向量R_sp_x和过渡姿态的X轴向量R_rp_x。然后求出过渡姿态与期望姿态的航向偏差e_R(2)。e_R(2)是直接由反三角函数求出的。当R_rp_x旋转到R_sp_x为顺时针时,得到一个与期望姿态R_sp的Z轴正方向一致的向量。再点乘R_sp_z,由于其与R_sp_z方向一致且R_sp_z是单位向量,所以可以得到该向量的模(正负看方向)。之所以要点乘R_sp_z,是因为R_rp_x叉乘R_sp_x等到的是一个向量,点乘R_sp_z就可以得到模长,且当该向量与R_sp_z方向相反时(此时夹角为负),得到的模长会有负号。而该向量的模就等于R_sp_x和R_rp_x的夹角的sin值(R_sp_x和R_rp_x为单位向量)。R_sp_x点乘R_rp_x就等于R_sp_x和R_rp_x的夹角的cos值。最后e_R(2)再乘上一个航向的比例yaw_w。此时,我们已经得到了俯仰,横滚,航向的角度差了。

  当e_R_z_cos小于0时,期望姿态的Z轴与实际姿态的Z轴的夹角大于90°。此时更换另一种姿态差计算的方法。求两个矩阵旋转的四元数(机体坐标系),然后如果是正旋转(参考的正方向是旋转轴的正旋转),就返回四元数的虚部(即旋转轴的坐标)的两倍,然后计算一个直接旋转的系数direct_w 。e_R_z_cos=-0.01时(即期望姿态的Z轴与实际姿态的Z轴的夹角刚大于90°),direct_w会很小。当e_R_z_cos=-1时(cos180°),direct_w会等于yaw_w。

  假设实际姿态与期望姿态只有横滚相差180°,实际姿态为地面坐标系左滚89°。此时,旋转角度为180°,半角为90°,按照标准四元数的方法来构造四元数,可知对应的单位四元数应为(0,1,0,0),虚部为(1,0,0),乘2是(2,0,0)。而它线),单位为弧度。可知,进过该段程序调整,可以降低控制用的角度差,变相的减少期望角速度。

  得到角度差后,直接乘上姿态控制PID对应的参数P就得到了期望角速度。然后如果是自动控制(自主飞行,任务飞行的时候),使用自动飞行的最大角速度来限制期望角速度,如果是手动控制,使用自动控制的最大角速度来限制期望角速度。

  然后航向的期望角速度要加上前馈控制。前馈的作用在于放大输入的期望角速度。对于手动控制来说,遥控器航向输入的是角速度_v_att_sp.yaw_sp_move_rate,为了弥补航向角控制更慢的影响,加大期望航向角速度的输入,可以使航向控制更快。当遥控器输入的期望航向角速度为零时(即航向杆回中),前馈是不起作用的。可以简单的理解前馈起到放大输入的作用。

  最后的处理是当飞机是垂直起降固定翼时(VTOL),在飞机切换到多旋翼状态时,风对飞机的影响会非常大。此时就会进入风向标模式,即此时不在对航向角速度进行积分,飞机理论上会停在旋转的扭力与风的扭力平衡的位置。如果不使用这样的策略,飞机的航向控制会非常不稳,机头会摆来摆去。过程如下:飞机被风吹偏航,角速度积分增加,角速度比例控制增加,飞机往回旋转,角速度积分减少,角速度比例控制减少,飞机又被风吹偏航。

  至此,PX4的姿态控制(角度控制)就到此结束了。得到期望角速度的我们,直接对角速度使用PID控制即可。

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  此篇是把之前看到的资料总结整理一遍,大部分是搬砖,也加入了自己的一点思考,写的过程中晕了好多次,先大体记录下来,肯定有错误,日后再改正吧。关于pixhawk程序执行流程,依然还没有实际运行调试过程序,...博文来自:czyv587的博客

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  今天我们来看下新版PX4(1.8.2版本,2018年11月21日)的姿态控制方法。首先下载该版本的代码。官方下载地址:百...博文来自:weixin_38693938的博客

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