在完成控制器底層的硬件驅(qū)動(dòng)后，開(kāi)始姿態(tài)角算法的調(diào)試。利用藍(lán)牙模塊將解算出的姿態(tài)角數(shù)據(jù)發(fā)回上位機(jī)，搖動(dòng)四軸機(jī)體，觀察上位機(jī)數(shù)據(jù)曲線與姿態(tài)演示立方塊。

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圖6-1 姿態(tài)角數(shù)據(jù)對(duì)比曲線

圖6-1中黃色和藍(lán)色為直接由加速度計(jì)算出的俯仰與橫滾角，紅色和青色為姿態(tài)解算后的姿態(tài)角，可明顯看出直接由加速度計(jì)算出的姿態(tài)角噪聲大，不平滑，不能真實(shí)反映姿態(tài)角的變化。而由四元數(shù)算法解算后的姿態(tài)角反應(yīng)快，噪聲小，足以滿足控制要求。光觀察曲線并不直觀，還可以觀察上位機(jī)中的立方塊，當(dāng)小立方塊的姿態(tài)與四軸機(jī)體能夠保持一致變化時(shí)說(shuō)明姿態(tài)解算良好。通過(guò)以上手段可知姿態(tài)角解算滿足需求。

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6.1.3 控制電機(jī)調(diào)試

在第五章，已經(jīng)針對(duì)四軸飛行器進(jìn)行了PID的控制設(shè)計(jì),但為了得到實(shí)際使用的PID控制參數(shù)我們還需要通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)整定出最優(yōu)參數(shù)。為了方便參數(shù)的調(diào)試，在本設(shè)計(jì)過(guò)程中才用了先調(diào)平衡一個(gè)方向，再調(diào)另一個(gè)方向，最后聯(lián)達(dá)到平衡的效果。為此設(shè)計(jì)了如下圖所示試試驗(yàn)平臺(tái)：

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圖6-3 四軸單軸平衡試驗(yàn)

在調(diào)試過(guò)程中，為了避免頻繁的下載程序帶來(lái)的不變，采用串口藍(lán)牙發(fā)送參數(shù)的做法，大大提高了調(diào)試效率。當(dāng)俯仰與橫滾兩個(gè)軸都能夠獨(dú)立的平衡時(shí)，可以脫離單軸平臺(tái)開(kāi)始在空中進(jìn)行航向角的穩(wěn)定性調(diào)試。

6.2.四軸飛行器的試飛

當(dāng)前面的各項(xiàng)調(diào)試都完成了之后，就準(zhǔn)備要進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn)。飛行試驗(yàn)是對(duì)控制系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證的最終手段，也是衡量四軸設(shè)計(jì)是否成功的重要標(biāo)志。

試飛前要確保系統(tǒng)各部分工作正常，穩(wěn)定。檢查各個(gè)接口連接是否正確，各部件安裝是否牢固，電池電量是否充足。打開(kāi)電源前檢查遙控器油門是否在最低位置，起飛前先輕推油門確保電機(jī)工作正常。一切準(zhǔn)備就緒，即可進(jìn)行試飛。將四種飛行器放在水平地面上，開(kāi)始啟動(dòng)姿態(tài)初始化程序，聽(tīng)到電調(diào)提示音后，緩慢增加油門，螺旋槳轉(zhuǎn)速上升，將飛機(jī)拉離地面。由實(shí)際情況可看出當(dāng)姿態(tài)發(fā)生傾斜時(shí)，姿態(tài)解算及PID控制能夠及時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定飛行姿態(tài)。飛行器還能根據(jù)遙控指令的變化完成相應(yīng)的動(dòng)作。本此設(shè)計(jì)的四軸飛行器可實(shí)現(xiàn)垂直升降的要求，能保持姿態(tài)的穩(wěn)定，機(jī)體晃動(dòng)小，在微風(fēng)的干擾下能夠自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，確保平穩(wěn)飛行，且系統(tǒng)響應(yīng)快，續(xù)航時(shí)間大概在8分鐘。因此本次的設(shè)計(jì)是有效的。

附錄

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部分代碼

void IMUupdate(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az)

{

static float q0 = 1.0f, q1 = 0.0f, q2 = 0.0f, q3 = 0.0f;??

float delta_2=0;

const static float FACTOR = 0.002;

float norm=0.0f;

float vx, vy, vz;

float ex, ey, ez;

float q0q0 = q0*q0;

float q0q1 = q0*q1;

float q0q2 = q0*q2;

float q1q1 = q1*q1;

float q1q3 = q1*q3;

float q2q2 = q2*q2;

float q2q3 = q2*q3;

float q3q3 = q3*q3;

norm = sqrt(ax*ax + ay*ay +az*az);?????? // 測(cè)量正常化 把加速度計(jì)的三維向量轉(zhuǎn)成單位向量。

ax = ax /norm;

ay = ay / norm;

az = az / norm;

vx = 2*(q1q3 - q0q2);????? ?????? ?????? ?????? ?????? ?????? // 估計(jì)方向的重力?? ?????? ?????? ?????? ?????? ??????

vy = 2*(q0q1 + q2q3);

vz = q0q0 - q1q1 - q2q2 + q3q3;