基于GD32F103VCT6的四軸飛行器整體方案及試飛效果

3  PID
     PID分兩種，位置式和增量式，我采用的是位置式，將 Ki和Kd用Ti和Td的形式來表達，并帶入到式2-3中，ek=角度 的期望-傳感器輸出的角度，所用的PID三個參數是：Kp、 Ti、Td。公式如下所示：

四軸PID控制的目的就是將接收到的遙控的控制信號（一般有油門THR、升降舵ELE（對應pitch）、副翼Ail（對 應roll）、方向舵RUD（對應yaw））與飛控板本身計算得出 pitch、roll、yaw做比較，分別得出它們之間的誤差值，然后 將Kp、Ti、Td與這個誤差值結合得出PID輸出（PID_pitch、 PID_roll或者PID_yaw），再將這三個PID輸出與油門結合在 一起算出送到每一個電調的PWM數值，從而控制每一個電 機的轉動。PID參數的調試我是用的土辦法，分別對俯仰、翻滾和 偏航做PID調試，x模式下先同時上Kp和Td，光靠Kp是穩不 住四軸的，調的差不多了上Ti消除靜態誤差。在調這三個參 數時，要相輔相成，切忌把某一個參數固定下來，因為它們
之間都會相互影響。我們還需要考慮三個問題，這三個問題都是圍繞讓自己的四軸怎樣轉動：
1. 飛行時是使用“+”模式還是使用“x”模式；
2. 四個電機分別該如何旋轉，是逆時針還是順時針；
3 . 每 個 電 機 該 怎 樣 旋 轉 才 能 讓 我 們 的 四 軸 上 升 、 下 降、左翻、右翻、上仰、俯沖、左轉頭或者右轉頭。
對于第一個問題來說：一般“+”模式比較好操作，也 比較好調節PID的那三個參數，而“x”模式飛行起來比較 靈活，可以做很多復
雜動作，但是比較難操作，這里我用的 是“x”模式，對于新手來說，包括我，雖然“x”模式難一 些，不過最多也就是需要時間來
學習和熟練罷了，其實也沒 什么難的。
對于第二個問題：首先要確定飛控板的xyz軸正方向如 何放置，然后確定4個電機的旋轉方向分別是什么，我定義 的方式如上圖，Y正
方向為四軸前進方向。
M1、M2、M3、M4分別為4個電機，其中M1和M4順時 針旋轉，M2和M3逆時針旋轉。
對于第三個問題：還是看上圖，我定義三點：
1 ． x y z 軸 的 正 方 向 為 ： y 指 向 正 北 ， x 指 向 東 ， z 指 向 天；
2．繞y旋轉是roll，繞x旋轉是pitch，繞z旋轉是yaw；
3．Yaw北偏西為正，pitch往上為正，roll“右翼”下沉 為正。
令：“+”表示增加該電機的旋轉速度，“-”表示減小 該電機的旋轉速度，那么“x”模式下的控制規律如下：

最后得出每個電機需要的PWM輸出計算公式：
其中Limit_PWMOUT函數是限制PWM的輸出，根據電調的
PWM占空比來確定。
還有一點需要注意的，就是槳葉的安裝，槳葉是分正 反漿的，通俗地說，安裝時要保證4個槳葉轉動時都是往下 吹風的。
4 四軸零件之間的接線與簡單說明
     4個電調的正負極需要并聯（紅色連一起，黑色連1一 起），并接到電池的正負極上；
電調3根黑色的電機控制線，連接電機，交換任意兩根 黑色的連線，可改變電機轉動方向，以此來改變槳的旋轉方 向；
電調有個BEC輸出，共3根線，紅、黑線用于輸出5V的 電壓，給飛行控制板供電，另外一根線用于接收飛行控制板 的PWMout信號；
遙控接收器連接在飛行控制器的PWMin上，輸出遙控 信號給飛控板，并同時從飛行控制板上得到5V供電。
5 關于PWMin和PWMout
     對于我的天地飛7通遙控+WFT07接收機來說，遙控發 送給接收機的信號是PPM，而接收機輸出的信號是標準的 PWM。
對于接收機來說，我們只需要關心它輸出的高電平時 間，也就是PWMin，不用管占空比，因此TIM_Period設定為
0xFFFF。我的WFT07接收機的PWM周期是20ms，高電平是
1ms~2ms。
對于給電調的輸入來說，也就是P WMout，要確定其 占 空 比 ， 一 般 根 據 自 己 的 電 調 來 確 定 這 個 占 空 比 ， 我 用的是好盈天行者20A， 頻率為50~432Hz， 所 以我的P WM周 期 設 定 為 2 . 5 m s 頻 率 4 0 0 H z ， 高 電 平 持 續 時 間 限 制 在0.875ms~2.0ms，高電平一般在周期的20%~80%。
6    如何將遙控的PW Min轉化為期望的角度

     expect先看一個公式：e(t)=expect – measured，這是PID中的誤 差e(t)，等于遙控期望值減去傳感器的測量值。而將遙控的PWMin轉化為期望的角度expect所達到的目 的就是將PWMin轉化為expect，使expect的范圍大小(不是單 位，PWMin的單位可以看成已經是角度單位了)與measured 的對應起來，并限制expect的范圍，對新手來說好操控。