>> 定点位置控制器设计实验3

本章涉及的位置控制是定点控制问题，位置控制器的输出为期望姿态，所以位置控制器的设计是以姿态控制器为基础的，整个位置控制实验流程与姿态控制基本一致。本章将详细介绍多旋翼飞行器的位置控制器的设计原理和设计方法，并通过层次分明的三个分步实验，让读者更好地掌握这部分的知识。

01

分析实验

1.调节PD控制器的相关参数改善系统控制性能，并记录超调量和调节时间，得到满意的参数。

2.在得到满意参数后，对系统进行扫频以绘制Bod图，观察系统幅频响应、相频响应曲线，分析其稳定裕度。

本实验对应demo文件对于RflySim v3.0以下版本地址为：*PX4PSPRflySimAPIsExp02_FlightControle6-PositionCtrle6.2；

对于RflySim v3.0及以上版本地址为：*PX4PSPRflySimAPIs5.RflySimFlyCtrl1.BasicExpse6-PositionCtrle6.2；

模型初始设置：PID参数步骤与姿态控制的参数调试步骤相同。先调试内环速度环，再调试外环的位置环，先调高度再调水平位置。调试文件在“e6-PositionCtrlPID-Confige6.2PosCtrl_tune.slx”文件夹中。

调节参数的初始状态应是飞行器处于高空悬停状态，将初始高度设置为100m,电机的初始转速设置为557.1420rad/s，这个初始条件对应于飞行器在空中100m处悬停。修改“Init_control.m”文件中的对应参数如下。

ModelInit_PosE = [0, 0, -100];

ModelInit_VelB = [0, 0, 0];

ModelInit_AngEuler = [0, 0, 0];

ModelInit_RateB = [0, 0, 0];

ModelInit_Rads = 557.142;

速度控制环参数调节：

首先调节内环PID参数打开“e6-PositionCtrlPID-Confige6.2PosControl_tune.slx” 文件中的“Control System”子模块中的 “position_control”模块，即为位置控制系统模型。将其中x通道的速度期望部分换成阶跃输入，并将输入输出设置为“Enable Data logging” 。

在“Init_control.m”文件中修改内环PID参数的值。先设定比例项参数，积分和微分参数设为0，Kvxp参数设置分别为1.5、2.0和2.5。

依次运行“Init_control.m”文件。点击Simulink的 “Run”按钮开始仿真，在“Simulation Data Inspector”中查看输入输出波形，如下图所示：

由小到大逐渐增大比例项系数值，得到阶跃响应曲线如图：

位置环参数调节：使用步骤二中得到的速度环参数，在“PosControl_tune.slx”文件中，将 “x_desired”换为阶跃输入，并将阶跃输入和“x”信号线设置为“Enable Data Logging”，如下图所示：

如下图在“Init_control.m”由小增大位置环比例项系数，即“Kpxp”的值，分别为0.6、0.8、1.0和1.2。

在“Simulation Data Inspector”观察阶跃响应，如下图：

扫频得到Bode图：设定信号输入输出点。将“x_desired”输入线设为“Open-loop Input” ，“ x ”设置为 “Open-loop Output”如下图所示。

得到Bode图如下图：

参考文献：

[1] 全权,杜光勋,赵峙尧,戴训华,任锦瑞,邓恒译.多旋翼飞行器设计与控制[M],电子工业出版社,2018.

[2] 全权,戴训华,王帅.多旋翼飞行器设计与控制实践[M],电子工业出版社,2020.