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【我爱萝丽爱萝丽】四轴自己做 飞控DIY专题(四轴B版已更新)

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发表于 2014-5-4 15:37:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 我爱萝丽爱萝丽 于 2014-11-14 18:37 编辑

写在前面:
        一听到别人是玩四轴的,肯定第一感觉就是“高端”、“土豪”……楼主将改变这个现象,四轴变白菜!
        由于楼主的精华帖已经够多了,所以以后的教程以合集形式出。本贴的合集就是飞控,不仅包括四轴飞控,还包括单轴飞控、双轴飞控、固定翼飞控等欧……


提醒:想制作的请耐心等待通用飞控的更新,现版本稳定性不太好,没有使用价值
              
一、四轴飞控:

        最近一段的学习,对PID算法有了新的认识,感觉四轴应该可以搞了。组装了一架有刷四轴,简单的调试几下,一推油门竟然就那么华丽丽的飞起来了……本来教程可以立即发布的,但草稿版本的四轴动力不足,楼主想把动力换足了再发布,没想到,一换竟然换了两个星期……一开始用的是1S电池,四个N30电机,结果升力非常尴尬,380mah电池只能飞几秒,1000mah电池飞不起来(单个N30推力有35g,但由于电池内阻、电路内阻等影响,四个并联只有100g),只好尝试减速组加大桨的方案。网购了N30(1:3)减速组加7寸桨,测试是有45g推力了但一看电流竟然有2A,这效率损失太坑爹了,要知道直驱桨35g推力时电流才1.5A。不死心又用玩具直升机大齿盘、614空心杯粘出来一个(1:10)减速组,这下推力效率都够了,但随即发现它非常脆弱,一摔就坏,根本没法调试。几经折腾,楼主身心俱疲,决定彻底放弃1S方案。稍微改装了下,结果2S电池一上,1/3油门就飞起来了,而且很稳。前两个星期都瞎折腾了。
DSC00922.JPG DSC00923.JPG
        四轴飞行的基本原理就不再多说了。这里只提一些注意事项。

PID与线性:
       PID稳定四轴姿态的基础是电机升力要线性,一般情况下电机升力与电压正好也是线性对应的 ,通过电调可以直接控制。但楼主在实际测试中发现,在MOS管结电容等各种未知因素的作用下,不同频率的PWM会显著影响电机线性:
DSC00921.JPG

图中可以看到,同样电压下电机升力不同,500HZ的PWM线性显著好于2KHz的PWM。

重心与稳定:
       大家都知道不倒翁的原理,重心越低越稳定,但在飞行的四轴上不同。当四轴倾斜时,如果参数理想,程序会调整力臂使姿态立刻恢复 。但如果重心过低,姿态在回复到水平位置时重心仍有一定转动惯性,越过中点,导致四轴震荡。所以四轴的重心稍低一些有助于平稳和起降,但太低则会严重影响平稳。
       重心同时还会影响四轴的悬停,如果起飞后四轴一直向右跑,那你就得把重心向左调一下了。或者把通道2的微调向左调也行。

陀螺仪温飘:
       在静止时陀螺仪的输出并不是0,这叫温飘。体现在四轴上是四轴会慢慢的自旋,而温飘自然是与温度有关,当环境温度变化大时,最好执行一下温飘校准。

PID与调试:
       一直在说PID,PID到底是个什么东西呢,其实是个很简单的公式:
       F=P*角度+D*角速度
       假设我们把一个小球用绳子悬挂起来,它会摆来摆去,但幅度会越来越小,最终静止在最低点。这其实就是一个PID,它使小球稳定在最低点附近。它是怎么实现呢,在这个过程中有两个相反的力在作用:重力和空气阻力。小球离开中心点的距离越远,它受到回到中心点的力越大,这个就是P,也即回复力。小球在回到中心点的过程中,速度越快,受到的空气阻力就越大,这个就是D,也即阻尼力。
       P使小球回到中点,而D适时的减小速度,小球的位置就稳定下来了。当然在四轴上这么摆来摆去可不行,所以我们要不断的调节P、D到合适的大小,使四轴能够快速稳定而较少振荡。怎么知道P与D的值是否合适呢,这要通过观察跃阶响应。具体如何实现呢,我们可以把十字杆的一根固定在转轴上,重心同时也移到转轴上,只启动与转轴垂直的两个电机。P为0时,四轴应能稳定在任何角度。
       先使D归0,慢慢增大P,然后不断用手把四轴的角度弄歪再松手(比如30度),观察四轴回复到水平位置的情况,这个就叫跃阶响应。随着P的增大,四轴开始出现振荡——等幅振荡——超幅振荡。合适的P:当四轴偏移时有不小的回复力产生,松手后可以等幅振荡。
       在P合适的情况下,慢慢增大D。随着D的增大,在跃阶响应中,振荡不断减小又增大。最终你觉得振荡最小的D就是合适的D。
       上面的方法适合X、Y轴的调试,至于Z轴,用绳子在中心处吊起来即可。相对于X、Y轴,Z轴的参数实际上可以弱化,因为水平的稳定性才是四轴的根本。
       六个参数调整好后,就可以试飞了。没飞过四轴的一定要注意油门,尤其是将要离地的瞬间,一定要缓慢推油,不然一下子就会窜到天花板上。楼主连吃几次亏才勉强控制住,摔折了好几次避撞架。Z轴一般不会出现问题,如果X、Y轴出现振荡,按比例适当减小P、D即可。


一、物资准备
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二、焊接
DSC00920.JPG DSC00919.JPG

上面两幅图是1S版本的,与2S的电路稍有不同,仅作参考

0754136zpaupcyunu67ruv.png
无标题1.png

三、下载

     按键是陀螺仪温飘校准键,需要校准的话重新开机并按住按键,等待指示灯闪烁,并把四轴稳定的放在地上,确保指示灯熄灭前不再有抖动。等待指示灯再次点亮,校准即结束。

     鉴于四轴的DIY比较难,而楼主也没有时间一一解答,所以请制作成功的朋友把自己做的贴出来,并附上自己在制作中的心得、问题的处理等,为后来者提供宝贵的经验。

     A版现在只是证明了51单片机也能做四轴而已,性能只是玩具级别的,需要优化的地方还非常多。需配合适应四轴的二代控固件,只是降低了信号发射速率。
萝丽集成四轴A版C程序.rar (2.99 KB, 下载次数: 1424)
7.4V 加强型 N30滑翔机专用电机(飞机马达) 轴径1mm可配1mm机浆-淘宝网.png
 楼主| 发表于 2014-5-4 15:38:32 | 显示全部楼层
本帖最后由 我爱萝丽爱萝丽 于 2014-5-24 00:21 编辑

对模块化的思考
         随着楼主出的教程越来越多,楼主不禁有了模块化的想法。如果按照之前的计划,那么一个教程就得重新制作一个东西。虽然一个芯片就集成所有功能的四轴飞控成本较低,但同时也限制死了它的作用,并不利于广泛使用。所以楼主决定以后的教程全部按模块化的思路进行拆分,比如集成四轴飞控拆分成三个模块:接收机模块、姿态解算模块、电调模块,这样做虽然把一个芯片分成了三个芯片来完成,成本变高,但应用上更灵活,比如接收机模块即可使用萝丽系列又可使用商品接收机,电调模块既可使用无刷系列又可使用有刷系列,同时姿态解算模块不仅可以做四轴飞控,还可以做单轴、双轴、固定翼飞控等,如此大家DIY出各个模块就可以随意组装,不再受限制,实际上是降低了时间和金钱成本。

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 楼主| 发表于 2014-5-4 15:38:57 | 显示全部楼层
发帖占楼以备更新
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 楼主| 发表于 2015-3-21 23:29:27 | 显示全部楼层
安生 发表于 2015-3-21 17:02
顶起来

不要顶了,半年内是不会有了
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 楼主| 发表于 2014-8-6 08:55:52 | 显示全部楼层
andy5759 发表于 2014-8-5 15:39
楼主,我是新手。我想向你请教一下,你采用的是什么滤波?

融合滤波。我程序里有处理公式
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 楼主| 发表于 2014-8-6 08:54:13 | 显示全部楼层
三十了 发表于 2014-8-6 07:17
8月份了,楼主快来更新呀

C版遥控已经更新。现阶段主要目标为继续完善遥控器,所以通用飞控的开发日程还要往后排
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 楼主| 发表于 2014-7-3 20:41:02 | 显示全部楼层
lxd1990 发表于 2014-7-2 22:19
萝丽大哥,下西一排三个脚的元件是什么型号的,

Nmos
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发表于 2015-8-10 01:03:59 | 显示全部楼层
萝丽四轴,我觉得MPU6050没有发生太大的作用,主要是不够稳,看了很多的资料,说要什么算法,但是6050已经内置DMP过滤了,在B版固件中没有看到使用。

最最主要的问题是有刷电机发热,浆的孔会溶化变大,导致飞浆, 一直在找一种浆夹,可以夹住这么小的有刷浆的小头,估计不好找了。
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发表于 2015-11-15 10:02:56 | 显示全部楼层
谁知道楼主的QQ群?
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发表于 2015-8-4 09:50:51 | 显示全部楼层
恳请楼主解释一下程序好吗?
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发表于 2015-7-23 16:14:30 | 显示全部楼层
大象飞天 发表于 2014-9-2 10:39
看了电路图比较晕,mos管靠单片机供电?单片机通过5V稳压,那不管几S,最多不就是5V?

你说的那个图是2S电池的电路。。。
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 楼主| 发表于 2014-5-4 15:39:02 | 显示全部楼层
发帖占楼以备更新
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 楼主| 发表于 2014-5-4 15:39:15 | 显示全部楼层
发帖占楼以备更新
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 楼主| 发表于 2014-5-4 15:39:22 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2014-5-4 15:39:27 | 显示全部楼层
发帖占楼以备更新
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发表于 2014-5-4 15:44:31 | 显示全部楼层
可以说灰常期待啦
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发表于 2014-5-4 16:15:55 | 显示全部楼层
前排招租
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发表于 2014-5-4 16:31:49 | 显示全部楼层
顶顶顶
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发表于 2014-5-4 16:46:01 | 显示全部楼层
贺电!
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发表于 2014-5-4 16:46:08 | 显示全部楼层
很不错,直接用双向收发模块好了,回传电压数据等会更好。。。
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发表于 2014-5-4 16:55:26 | 显示全部楼层
火钳刘明
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发表于 2014-5-4 17:03:45 | 显示全部楼层
敬仰中
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发表于 2014-5-4 17:05:12 | 显示全部楼层
顶起
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