做做AI，造造人 - 动力老男孩的博客

四轴飞行器第二次试飞小结

由 动力老男孩 发表于 2012/01/30 21:33:00

春节期间进行了第二次不拴绳的试飞。总体来说，革命尚未成功，同志仍需努力……

和第一次相比，主要做了以下变化：

1. 给油门控制添加了一点渐变处理，当不小心把油门推高或者降到0的时候，飞行器不会猛升猛降，油门会较为平稳的变化。
好的飞控不会有这个功能，因为控制比较平稳，尤其是玩暴力飞行的朋友，肯定不能有延时。这里主要是为了在调试阶段不要损伤器件。

2. 添加了超声波测距传感器，把离地距离限制在1.5米以内，超出这个高度后，油门就会适当下降，这个主要是为了避免飞出控制范围和直接坠落。

3. 把采样频率从原来的50Hz提高到了350Hz，本来想提高到400Hz，但是某些情况下单个周期里的运算时间会超过2.5ms一点儿，所以最后改为350Hz。

4. 增加了从上面拴绳和下面拴绳两种调试方法，主要是为了调试PID时使用。

这是加了超声波大眼睛的四轴飞行器：

四轴飞行器上的超声波测距传感器

飞行视频：

从飞行的状态看，超声波测距起了一定的作用，四轴没有像上次那样飞的太高和直线下降。但是起飞以后侧飞的非常严重，看上去像是在很大尺度上摆动。做一个小小的总结，下个阶段准备在以下几个方面进行改进：

1. 减少震动，把控制板用弹簧或者橡胶垫稍微做点隔离，减少电机震动对传感器的影响
2. 校准螺旋桨，刚刚知道我买的螺旋桨（5元一对）平衡性能不是很好，不校准的话震动很大。建议的校准可以用一根细的针穿过中心轴，看看不会向一侧偏。轻的一边用透明胶带绕几圈配重。但是不知道透明胶带会不会影响气动性能
3. 没有做误差标定，就是把四轴放在平地上，在启动电机前记录平地时的各种读数
4. 除了1和2中的物理减震外，还应该做软件减震，按老薛的建议，打算把平均滤波改为卡曼滤波
5. 挂绳的试飞和无绳的试飞并不完全相同，挂绳时有垂直或水平的作用力，会辅助四轴平衡。所以这个四轴在挂绳时有时表现的还凑合，一到实战就横着飞
6. 初期犯了个经验主义错误，我以为气压计只能测量较大尺度上的高度，毕竟上下几米气压几乎没有变化；另外也担心在快速上升下降的过程中，气压会受到风速的影响。但是通过网友们的实战看来，气压计的高度估计可以精确到0.25米左右，并且在高速飞行时的表现也还不错。真是小看了当前的电子设备，这个在下一步可以考虑加上。

另外还有一个小小的经验可以分享：刚开始挂绳时，发现挂绳也不安全。当四轴上升的时候，会把挂绳吸进螺旋桨，结果叮叮咣咣，你懂的……
后来找了一些叫做易拉宝的东西，本来是用来拴钥匙门卡的，自重小而且伸缩性挺好，绳子也挺结实。四轴上升下降的时候，绳子也跟着伸缩，这样就不怕螺旋桨卷绳子啦。

用可伸缩的挂绳来测试四轴

对 “四轴飞行器第二次试飞小结” 的 30 条 评论

1. lx 说：

   2012/01/30 于 22:28

   博主加油，一直跟踪读你的飞行器。

   回复
2. SSS_SXS 说：

   2012/01/31 于 09:36

   加油！

   楼主相当给力，不仅仅深入钻研，更懂得无私分享，字里行间都能引起我深思

   好啊！

   回复
3. boboking 说：

   2012/01/31 于 09:36

   侧飞是不是，超声波传感器不总是垂直的，倾斜时测的是倾斜距离？

   回复
   • 动力老男孩 说：

     2012/02/01 于 23:11

     应该不是，我把超声波关了，用低速控制的时候，也是横着飞的

     回复
4. 糖伯虎 说：

   2012/01/31 于 10:32

   感觉是P没调好？不知道动力哥超声波的代码是如何写的，中断还是阻塞？是否处理了丢信号的超时处理？这个得注意，不然会炸鸡的吧？

   回复
   • 动力老男孩 说：

     2012/02/01 于 23:15

     伯虎兄，PID参数确实没调好，但是有人说这还没到细调pid的时候，主要是传感器在震动条件下读数跳动比较大，需要先做好滤波才可以。
     超声波用的是中断，所以不会等在那里读数据，另外也做了丢信号的处理（发出信号后没有返回值，按超出量程处理）

     回复
     • 糖伯虎 说：

       2012/02/02 于 10:18

       根据我以前看到别人做的源码（KK_C)，一般都是用的平均值滤波或者是中值滤波，效果也很不错。如果MCU的速度够的话，是不是可以增加采样数量来提高滤波效果呢？卡尔曼滤波好像是很高端，我看了好久，还是没看明白，等您分享经验了。

       回复
     • 糖伯虎 说：

       2012/02/02 于 10:22

       在您面前班门弄斧了，我们之前翻译过一篇名为《用于乐高机器人的PID控制器》，地址为：http://bbs.cmnxt.com/thread-5688-1-1.html，文章通俗易懂，我觉得里面的参数整定办法挺好用，希望能对您有些帮助。

       回复
       • 动力老男孩 说：

         2012/02/02 于 12:01

         多谢多谢，老兄太谦虚了，我学习下

         回复
5. 老薛 说：

   2012/01/31 于 11:42

   我是外行看热闹。觉得飞的不错了！
   从视频里能感受到京城冬天的冷。。。

   回复
   • 动力老男孩 说：

     2012/02/01 于 23:16

     北京最近相当冷啊，呵呵，触屏手机用手套摸不动，只能赤手上阵，一早上过去手背上就裂了几个小口子……
     这个视频如果以为是我遥控成这样，那还算是飞了几秒钟，可惜我目前只是遥控上下而已，哈哈，悲剧啊

     回复
6. 法国公鸡 说：

   2012/02/02 于 10:28

   博主的博客很喜欢，支持一个了！同时祝各位网友龙年吉祥、平安！

   回复
7. boboking 说：

   2012/02/03 于 12:50

   四轴编队飞行 http://www.xici.net/d162567489.htm
   期待博主的进度啊，到时候我们仿制，然后大家聚会，编队飞行！

   回复
   • 动力老男孩 说：

     2012/02/04 于 09:58

     太帅了！

     回复
8. obK仔 说：

   2012/02/05 于 12:04

   请教动力老哥
   最近买了四轴的相关零件
   发现电调电机的线有点短，够不着连接板，想延长电线
   应该延长电调到连接板的两根线还是电机到电调的三根线会好点呢？
   感谢你的指导!

   回复
   • 动力老男孩 说：

     2012/02/07 于 09:55

     我的电调线也有点短，延长的是两根电源线那个，毕竟弄两根比弄三根容易点，延长谁本质其实是一样的

     回复
     • obK仔 说：

       2012/02/07 于 12:26

       谢谢你啦~

       还有个问题想请教请教,之前你提到用陀螺仪来达到误差修正的功能,大体是如何实现的呢??

       想了很长时间都没想通..呵呵..

       回复
       • 动力老男孩 说：

         2012/02/07 于 13:48

         这里有个假设，就是陀螺仪测量角速度比较准确，而加速度器测量误差比较大（因为震动的原因）
         所以我们想知道飞行器倾斜角度的时候，主要靠角速度积分来计算；
         积分的问题就是时间长了，会产生很大的误差；所以就需要再引入加速度的测量值进行修正，
         只有加速度本身的测量误差，可以用多次读数取平均值的办法修正。
         此外，角速度用
         0.9*积分角速度+0.1*加速度测量值
         计算，也就是说，更信任角速度的结果

         回复
         • obK仔 说：

           2012/02/08 于 15:18

           好的..非常感谢..可能还需要结合实际编程来深入理解..

           请问介绍角速度相关理论的网站是参考你介绍帖里的哪个页面呢?可以提供一下吗?呵呵..

           最近还在折腾几个传感器芯片的焊接啊..有热风烙铁来吹焊..但就怕温度过高会把芯片吹死了..
         • 动力老男孩 说：

           2012/02/09 于 11:46

           to: obK仔
           具体的地址我不记得了，大概是搜了几个关键词：四轴，平衡，算法。或者再加上陀螺仪和加速度。

           另外，那几个芯片太难焊了，我没有风枪，用电烙铁把芯片弄坏了，最后还是买了现成的小板子
         • obK仔 说：

           2012/02/10 于 20:46

           动力老哥.再请教一下.

           一般电调上电以后没有响声代表是出厂以后没有经过初始化吗??

           你的电调是怎么控制的呢?Servo.write设置的值最大和最小大概是多少呢?

           很困惑啊.感谢!!
         • 动力老男孩 说：

           2012/02/10 于 21:02

           电调上电以后，只要PMW周期合适就会有响声，初始化前的响声和之后不同。
           如果没响声，应该是PWM出错了。
           一般好盈程序用的是标准航模PWM范围，每个周期是20ms，其中高电平占0.9ms~2.1ms，分别对应电机的最低和最高转速。
           我没有用Servo.write，是用digitalWrite隔一段时间分别输出0或1来控制PWM的，主要是觉得这样比较精确。
         • obK仔 说：

           2012/02/10 于 23:46

           谢谢啦~~刚刚学会如何第一次设置油门最大转速和最小转速..

           现在可以让他们转起来了..

           但如果要重设这个最大和最小的转速..

           是不是和第一次设的时候是一样的呢?因为我发现现在同一个PWM周期,但每个马达转起来的速度却会不一样..
         • 动力老男孩 说：

           2012/02/11 于 20:25

           重设应该是一样的，我是把4个都并联起来，统一发PWM进行设置的。
           但是转速确实不完全相同，油门从小向大调的时候，四个电机是陆陆续续开始启动的
         • obK仔 说：

           2012/02/12 于 22:21

           是的..后来我终于看懂了那款电调的说明书..
           现在能够比较线性地控制马达的转速了..

           现在就差蓝牙模块调试好就可以做点简单的飞行了..呵呵..
           感谢你呀动哥..

           对了..动哥有没加个开关和大电容在电池旁边做个滤波这样呢?
         • 动力老男孩 说：

           2012/02/13 于 22:16

           不错不错！
           我没有做电池的滤波
9. leon 说：

   2012/03/06 于 04:19

   建议改用PIDT。最好先采集电机的特征函数，建立数学模型，用Matlab先模拟一下，优化以后再进行飞行试验。可以改用ArduPilot的板子，新版的带有GPS和各种必要的传感器

   回复
   • 动力老男孩 说：

     2012/03/06 于 20:34

     PIDT是什么，以前没听说过啊，有没有详细点的说明？:)
     我先用现有的板子和传感器实验实验，主要在于学习经验。实在不行了再换ArduPilot或者其他飞控板试试。

     回复
10. leon 说：

    2012/03/07 于 03:30

    PIDT是考虑到系统延时的PID

    回复
    • 动力老男孩 说：

      2012/03/09 于 20:39

      多谢，我看看

      回复