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設(shè)備與工具>>?定點位置控制器設(shè)計實驗3
本章涉及的位置控制是定點控制問題，位置控制器的輸出為期望姿態(tài)，所以位置控制器的設(shè)計是以姿態(tài)控制器為基礎(chǔ)的，整個位置控制實驗流程與姿態(tài)控制基本一致。本章將詳細介紹多旋翼飛行器的位置控制器的設(shè)計原理和設(shè)計方法，并通過層次分明的三個分步實驗，讓讀者更好地掌握這部分的知識。
01
分析實驗
1.調(diào)節(jié)PD控制器的相關(guān)參數(shù)改善系統(tǒng)控制性能，并記錄超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，得到滿意的參數(shù)。
2.在得到滿意參數(shù)后，對系統(tǒng)進行掃頻以繪制Bod圖，觀察系統(tǒng)幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)曲線，分析其穩(wěn)定裕度。
本實驗對應(yīng)demo文件對于RflySim v3.0以下版本地址為：*PX4PSPRflySimAPIsExp02_FlightControle6-PositionCtrle6.2；
對于RflySim v3.0及以上版本地址為：*PX4PSPRflySimAPIs5.RflySimFlyCtrl1.BasicExpse6-PositionCtrle6.2；
模型初始設(shè)置：PID參數(shù)步驟與姿態(tài)控制的參數(shù)調(diào)試步驟相同。先調(diào)試內(nèi)環(huán)速度環(huán)，再調(diào)試外環(huán)的位置環(huán)，先調(diào)高度再調(diào)水平位置。調(diào)試文件在“e6-PositionCtrlPID-Confige6.2PosCtrl_tune.slx”文件夾中。
調(diào)節(jié)參數(shù)的初始狀態(tài)應(yīng)是飛行器處于高空懸停狀態(tài)，將初始高度設(shè)置為100m,電機的初始轉(zhuǎn)速設(shè)置為557.1420rad/s，這個初始條件對應(yīng)于飛行器在空中100m處懸停。修改“Init_control.m”文件中的對應(yīng)參數(shù)如下。
ModelInit_PosE = [0, 0, -100];
ModelInit_VelB = [0, 0, 0];
ModelInit_AngEuler = [0, 0, 0];
ModelInit_RateB = [0, 0, 0];
ModelInit_Rads = 557.142;
速度控制環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)：
首先調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)PID參數(shù)打開“e6-PositionCtrlPID-Confige6.2PosControl_tune.slx” 文件中的“Control System”子模塊中的 “position_control”模塊，即為位置控制系統(tǒng)模型。將其中x通道的速度期望部分換成階躍輸入，并將輸入輸出設(shè)置為“Enable Data logging” 。
在“Init_control.m”文件中修改內(nèi)環(huán)PID參數(shù)的值。先設(shè)定比例項參數(shù)，積分和微分參數(shù)設(shè)為0，Kvxp參數(shù)設(shè)置分別為1.5、2.0和2.5。
依次運行“Init_control.m”文件。點擊Simulink的 “Run”按鈕開始仿真，在“Simulation Data Inspector”中查看輸入輸出波形，如下圖所示：
由小到大逐漸增大比例項系數(shù)值，得到階躍響應(yīng)曲線如圖：
位置環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)：使用步驟二中得到的速度環(huán)參數(shù)，在“PosControl_tune.slx”文件中，將 “x_desired”換為階躍輸入，并將階躍輸入和“x”信號線設(shè)置為“Enable Data Logging”，如下圖所示：
如下圖在“Init_control.m”由小增大位置環(huán)比例項系數(shù)，即“Kpxp”的值，分別為0.6、0.8、1.0和1.2。
在“Simulation Data Inspector”觀察階躍響應(yīng)，如下圖：
掃頻得到Bode圖：設(shè)定信號輸入輸出點。將“x_desired”輸入線設(shè)為“Open-loop Input” ，“ x ”設(shè)置為 “Open-loop Output”如下圖所示。
得到Bode圖如下圖：
參考文獻：
[1]?全權(quán),杜光勛,趙峙堯,戴訓(xùn)華,任錦瑞,鄧恒譯.多旋翼飛行器設(shè)計與控制[M],電子工業(yè)出版社,2018.
[2]?全權(quán),戴訓(xùn)華,王帥.多旋翼飛行器設(shè)計與控制實踐[M],電子工業(yè)出版社,2020.
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