【基于STM32L432的飞控】 - STM32团队 ST意法半导体中文论坛

【基于STM32L432的飞控】精华

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Cortexxx 发布时间：2016-10-21 14:29

技术帖
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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

<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！