CopterExpress/clover
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/CopterExpress/clover.git synced 2026-05-28 14:09:33 +00:00
Code Issues Packages Projects Releases Wiki Activity

Update les13.md

Browse Source
This commit is contained in:
Yuliya1404
2017-10-11 18:37:36 +03:00
committed by GitHub
parent e8a3d0d6fc
commit 394e926d73
1 changed files with 11 additions and 11 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

22
docs/les13.md
View File

@@ -6,7 +6,7 @@
Отличие мультикоптера от других подобных роботов (ездящих, плавающих), заключается в том, что пилот не управляет напрямую мощностью мотора. С помощью джойстика, он передает сигнал полётному контроллеру, который делает расчеты и передает необходимую мощность на моторы.
![Speed](13_1.png)
![Speed](../img/13_1.png)
Рис. Скорость вращения моторов, в зависимости от команды пилота.
@@ -17,7 +17,7 @@
Полётный контроллер - устройство, обеспечивающее полёт квадрокоптера, за счет управления газом, углами крена, тангажа и рысканья (throttle, pitch, roll, yaw). Это своеобразные "мозги" мультикоптера. Обычно он содержит несколько датчиков (гироскопы, акселерометр, магнитометр, GPS датчик) и микроконтроллер, который производит расчеты. Именно полётный контроллер отвечает за то, чтобы при среднем положении всех стиков джойстика квадрокоптер стабилизировался, висел в воздухе не отклоняясь ни в одну из сторон.
![FC](13_2.png)
![FC](../img/13_2.png)
Полётный контроллер несколько десятков раз в секунду выполняет цикл управления в который входит: считывание показаний датчиков, считывание каналов управления, обработка информации и выдача управляющих сигналов моторам, чтобы выполнять команды пилота.
@@ -35,7 +35,7 @@
Полётный контроллер выдает ШИМ-импульсы (PWM) на регуляторы оборотов (ESC), в зависимости от команды стика джойстика, либо программы. Например, чтобы дать команду мотору вращаться с максимальной скоростью контроллер должен отправлять импульсы длительностью 2 миллисекунды, перемежающиеся логическим нулем длительностью 10 — 20 миллисекунд. Длительности импульса в 1 миллисекунду соответствует остановка мотора, 1.1 мс — 10% от максимальной скорости, 1.2 мс — 20% и т.п. Длительность нуля не играет никакой роли, важна только длительность самого импульса.
![shim](13_3.jpg)
![shim](../img/13_3.jpg)
Но все не так просто, полетные контроллеры бывают разные с разными настройками, регуляторы бывают разные, минимум (1 мс) и максимум (2 мс) — не универсальны. В зависимости от множества факторов диапазон 1-2 мс может на деле оказаться 1.1 — 1.9 мс, либо другим. Чтобы регулятор и контроллер говорили абсолютно на одном языке существует процедура калибровки регуляторов.
@@ -48,7 +48,7 @@
Для многих устройств, использующих ПИД-регуляторы, существуют инструкции по настройке. Но чтобы легче ориентироваться в этом многообразии полезно понимать, как же внутри устроены эти регуляторы. Предлагаю вместе со мной самим заново «изобрести» и «на пальцах» понять формулу ПИД-регулятора. Будем рассматривать квадрокоптер в двумерном пространстве, где у него есть только один угол — угол крена, и два мотора: левый и правый.
![FC](13_4.png)
![FC](../img/13_4.png)
В полетный контроллер непрерывно поступают команды с земли: «крен 30 градусов», «крен -10 градусов», «крен 0 градусов (держать горизонт)»; его задача — как можно быстрее и точнее их выполнять с помощью моторов с учетом: ветра, неравномерного распределения веса квадрокоптера, неравномерного износа моторов, инерции квадрокоптера и т.п. Таким образом, полетный контроллер должен непрерывно решать задачу, какую скорость вращения подавать на каждый мотор с учетом текущего значения угла крена и требуемого
@@ -61,7 +61,7 @@ right = throttle - force,***
Представим ситуацию: поступает команда «держать горизонт» (***tar get_roll*** = 0), а квадрокоптер имеет крен влево:
![FC](13_5.png)
![FC](../img/13_5.png)
Рис. Двухмерный квадрокоптер с креном влево.
***error*** — разность (ошибка) между ***tar get_roll*** и ***roll***, которую контроллер стремится минимизировать.
@@ -82,15 +82,15 @@ D — настраиваемый коэффициент: чем он больш
Скорость изменения любой величины — производная этой величины по времени:
![math](13_6.png)
![math](../img/13_6.png)
И вот пропорциональный регулятор превращается в пропорционально-дифференциальный (пропорциональное слагаемое и дифференциальное):
![math](13_7.png)
![math](../img/13_7.png)
Ошибку ***error*** вычислить легко, ведь на каждой итерации мы знаем ***roll*** и ***tar get_roll***; P и D — настраиваемые перед запуском параметры. Для вычисления производной (скорости изменения ***error***) необходимо хранить предыдущее значение ***error***, знать текущее значение ***error*** и знать время, которое прошло между измерениями (период регулирования). И вот она — физика шестого класса школы (скорость = расстояние / время):
![math](13_8.png)
![math](../img/13_8.png)
***dt*** — период регулирования; ***error previous*** — значение ошибки с предыдущей итерации цикла регуляции. Кстати, эта формула — простейший способ численного дифференцирования, и он нам здесь вполне подойдет.
@@ -100,17 +100,17 @@ D — настраиваемый коэффициент: чем он больш
Тут есть нюанс. Предположим ***error*** равна 1 градусу, цикл регулирования — 0.1с. Тогда за одну секунду сумма ошибок примет значение 10 градусов. А если цикл обработки — 0.01с, то сумма наберет аж 100 градусов. Чтобы за одно и тоже время интегральное слагаемое набирало одно и тоже значение при разных периодах регулирования, полученную сумму будем умножать на сам период регулирования. Легко посчитать, что в обоих случаях из примера получается сумма в 1 градус. Вот оно — интегральное слагаемое (пока без настраиваемого коэффициента):
![math](13_9.png)
![math](../img/13_9.png)
Эта формула — не что иное, как численный интеграл по времени функции ***error*** в интервале от нуля до текущего момента. Именно поэтому слагаемое называется интегральным:
![math](13_10.png)
![math](../img/13_10.png)
где T — текущий момент времени.
Пришло время записать окончательную формулу пропорционально-интергрально-дифференциального регулятора:
![math](13_11.png)
![math](../img/13_11.png)
где ***I*** — один из настраиваемых параметров, которых теперь трое: ***P,I,D***.
ПИД регуляторы - важная часть полётного контроллера, без их использования квадрокоптер летал бы непредсказуемо. Они настраиваются индивидуально для каждого квадрокоптера.