在通常情况下,上升时间和峰值时间用来评价系统的响应速度；超调量 用来评价系统的阻尼程度；调节时间同时反应响应速度和阻尼程度；
思考： 如果油门基础量较小，控制量较大，会发生什么情况？ 答：一旦控制飞行时，调节平衡能力就较差，且受到外界干扰后，控制量较大， 四旋翼处于较不稳定状态。
控制难点
• 自身中心偏移 • 自身气流干扰 • 外界气流干扰 • 多变量、非线性、强耦合 • 欠驱动系统 • 传感器精度低、误差积累
PID控制器
Throttle_Info.M2 = + pidRatePitch.value - pidRateRoll.value + pidAccHeight.value + pidRateYaw.value + throttleBasic;
Throttle_Info.M3 = + pidRatePitch.value + pidRateRoll.value + pidAccHeight.value - pidRateYaw.value + throttleBasic;
四旋翼垂直运动示意图
六种飞行状态
俯仰运动
在四旋翼完成4轴平衡的条件下， 在图中，电机1、4的转速上升，电 机2、3的转速下降（改变量大小应 相等，在PID程序的实现中也有体现） 。由于旋翼1、4的转速即升力上升， 旋翼2、3的转速即升力下降，产生 的不平衡力矩使机身绕Roll轴旋转， 同理，当电机1、4的转速下降，电 机2、3的转速上升，机身便绕Roll 轴向另一个方向运动，实现飞行器 的俯仰运动。
在四旋翼完成4轴平衡的条件下，同 时增加四个电机的输出功率，旋翼转速 增加使得总的拉力增大，当总拉力足以 克服四旋翼无人机受到的重力时，四旋 翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时 减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行 器则垂直下降，直至平衡落地，实现了 沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零 时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自 身的重力时，飞行器便保持悬停状态。
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无人机技术研讨会
Drone Technology Seminar In shanghai
01
飞控算法
两种结构
稳定
灵活
“×”字模式：Pitch和 Roll与1,3、2,4两组电机呈 45°夹角。
“十”字模式：Pitch对应 2,4电机的对轴，Roll对应1,3电 机的对轴，夹角为0。
四旋翼前后运动示意图
六种飞行状态
侧向运动
与前后运动对称，与翻滚运 动同轴。
四旋翼前后运动示意图
无人机状态空间方程
控制原理
Throttle_Info.M1 = - pidRatePitch.value - pidRateRoll.value + pidAccHeight.value - pidRateYaw.value + 下：
1. 四个电机转速完全相同，无人机能平衡嘛？ 答：四旋翼重心不一定在中心上，所以无法平衡。 2. 达到平衡状态后不改变四个电机的转速，无人机能一直平衡下去嘛
？ 答：因为有外界的干扰，四旋翼四个旋翼的转速要一直处于调节状 态才能保持平衡。
六种飞行状态
垂直运动
• 准确性（P和I提高稳态精度，D无作用）
系统处于稳态时，其稳态误差； 快速性（P和D提高响应速度，I降低响应速度）：系统对动态响 应的要求。一般由过渡时间的长短来衡量。
自动控制系统的特点
• 动态特性（暂态特性，由于系统惯性引起）
系统突加给定量（或者负载突然变化）时，其系统输出的动态响应曲 线。延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、超调量和振荡次数。
四旋翼俯仰运动示意图
六种飞行状态
翻滚运动
在图中，在四旋翼完成4轴平衡的条 件下，提高3、4号电机的转速，减 慢1、2号电机的转速，则可使机身 绕Pitch轴的正向或者反向进行运动， 实现飞行器的翻滚运动。
四旋翼翻滚运动示意图
六种飞行状态
航向运动
在图中，当电机1和电机3的转 速上升，电机2和电机4的转速下降 时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩 大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩， 机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴 转动，实现飞行器的航向运动，转 向与电机1、电机3的转向相反。
PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元(P)、积分单 元(I)和微分单元(D)组成。透过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID 控制器主要适用于基本上线性，且动态特性不随时间变化的系统。
自动控制系统的特点
• 稳定性（P和I降低系统稳定性，D提高系统稳定性）
在平衡状态下，系统受到某个干扰后，经过一段时间其被控量可 以达到某一稳定状态；
四旋翼航向运动示意图
六种飞行状态
前后运动
如果想要实现四旋翼无人机在 水平面内前后、左右的运动，必须 在水平面内对飞行器施加一定的力。 在图中，增加1、4号电机转速，使 拉力增大，相应减小2、3号电机转 速，使拉力减小，同时反扭矩仍然 要保持平衡。按俯仰理论，飞行器 首先发生一定程度的倾斜，从而使 旋翼拉力产生水平分量，因此可以 实现无人机的前飞运动。向后飞行 与向前飞行正好相反。
Throttle_Info.M4 = - pidRatePitch.value + pidRateRoll.value + pidAccHeight.value + pidRateYaw.value + throttleBasic;
X型的四旋翼每个对轴由四个电机同时控制， 根据电机序号的标定，我们可以将3个欧拉角的 控制量分解到4个电机上，高度的控制量四个电 机是一致的。最后需要给每个电机加上一个油 门基础量。
四旋翼控制的油门基础量
油门基础量的选择： 1. 大约占电机最高转速的70%左右。 2. 能够提供给四旋翼一个起飞的油门，注意并不是靠地效的反作用力是四旋翼
脱离地面的量。
油门基础量与控制量的占比： 油门基础量占比为80%左右或以上，控制量只是根据外界干扰和重心偏移 所修正的一个油门转速，所以只需要较小的控制量就能使四旋翼保持平衡。