基于Simulink的PX4四旋翼姿态控制

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基于Simulink的PX4四旋翼姿态控制

2024-06-16 21:11| 来源: 网络整理| 查看: 265

基于Simulink的“UAV Toolbox Support Package for PX4 Autopilots”工具箱,可以进行PX4的算法设计,搭建的算法模型可一键下载至Pixhawk飞控板,或者其他基于Pixhawk设计的飞控板。 在这里插入图片描述 以下是笔者在姿态控制器设计时,认为需要关注的几个部分:

1、控制系统离散化

在这里插入图片描述 程序在硬件上运行时是离散的,例如PID控制器模块中的积分与微分器,信号的采样频率也需要注意。

2、四元数姿态转换

相对于欧拉角,四元数姿态表示方法存储空间小,计算效率高、四元旋转不存在奇异性问题。

3、倾斜与旋转误差分离

倾斜:将坐标轴Z轴对齐,包含俯仰和滚转,对于四旋翼而言,只需改变升力差即可,响应速度较快; 旋转:由反转力矩控制,即偏航,响应时间较长,故采取倾转分离策略。 可对旋转误差进行缩减,使得控制器更关注倾斜控制。

4、信号滤波

一阶惯性环节,对角速度指令、当前角速度、微分前后的信号滤波。 %低通滤波器设计 s=tf(‘s’); f = 202pi;%滤波器的频率,20hz Gc = f/(s+f); t = 0.001;%时间常数,采样时间 LPF = c2d(Gc,t,‘z’)

5、前馈控制

可增加响应速度。 在这里插入图片描述

6、控制分配:油门、俯仰、滚转、偏航四个通道控制量分配到四个电机。

传统X型四旋翼无人机分配矩阵: 在这里插入图片描述 非中心对称四旋翼无人机:根据旋翼位置进行解算,例如笔者的无人机的分配矩阵是: 在这里插入图片描述

7、位置控制回路:HITL (Human in the loop)

就是手动控制,位置控制器待设计。

8、遥控器指令解析

将遥控器信号转化为油门、姿态角(角速度)指令。 在这里插入图片描述 实际飞行:熟练控制后可以悬停,还是得加上位置环控制才便于遥控。 在这里插入图片描述



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