PX4无人机调参

前言

PX4 1.13.2
日志分析软件：flight review
https://logs.px4.io/

一、滤波参数

产生震动的原因：
1，桨叶损坏、动平衡差
2，电机桨座不垂直，电机动平衡差
3，机架刚性不足
4，部件松动

降低震动的方法：
软件滤波：调低通滤波或者陷波滤波器参数
硬件减震：调减震球的软度或者加配重

调参时可以用自稳模式飞行
在调滤波器参数之前，可以先大致调一下PID的参数，角度率环的P和D不要设置的太高，能飞并且没有明显超调和振荡就可以
通常默认PID参数就可以

建议先调完滤波参数再精调PID，因为如果传感器噪声较大且没有被滤掉的话，会导致电机输出噪声大，导致下面的现象

1电机和电调可能会变热，甚至损坏。
2续航时间变少，因为电机不断改变速度。
3可见的随机小抽搐。
此时只调PID很难达到理想的控制效果。

PX4里面可以调整低通滤波器的截止频率参数来过滤掉高频噪声。截止频率越小，过滤的越彻底，但是带来的控制延时越大。截止频率越大，延时越小，但是会使噪声变大。

延时会影响控制效果。如果控制延时较大，则相应的PID的P项就不能设置的太大。同样的PID参数，低延时的飞机可能飞行很好，延时大的飞机可能直接发散，只能调小PID才能飞起来，相应的控制效果也会变差。影响延时的因素如下：

1.机身较软，或者安装有减震板（这相当于硬件滤波）
2.软件上的低通滤波
3.PX4固件从数据读取到控制输出的计算延时
4.陀螺仪的最大输出频率，（使用参数IMU_GYRO_RATEMAX配置）。较高的速率减少了延迟，但可能会占用其他进程计算资源。仅建议使用STM32H7处理器或更新处理器的控制器使用4 kHz或更高频率（2 kHz值接近功能较差处理器的极限）。
5.与使用AUX引脚相比，IO芯片（MAIN引脚）增加了约5.4毫秒的延迟。为避免IO延迟，请禁用SYS_USE_IO并将电机连接到AUX引脚。
6.PWM输出信号：启用Dshot或One Shot以减少延迟。
7.执行器的控制延时，一般小轴距飞机的电机相应快，大轴距飞机的电机KV低，响应慢。因此大轴距的飞机PID不能太大。

滤波器参数
陀螺仪数据的陷波滤波器，用于滤除窄带噪声，例如桨叶频率处的谐波。可以使用IMU_GYRO_NF0_BW和IMU_GYROC_NF0_FRQ配置此滤波器。

陀螺仪传感器数据的低通滤波器。可以使用IMU_GYRO_CUTOFF参数进行配置。

陀螺仪D项上的一个单独的低通滤波器。D项最容易受到噪声的影响，而稍微增加的延迟不会对性能产生负面影响。因此，D项具有可单独配置的低通滤波器IMU_DGYRO_CUTOFF。

电机输出（MOT_SLEW_MAX）上的滑动滤波器。一般不使用。

调参前需要配置日志记录参数：SDLOG_PROFILE ，勾选High rate。
调参数IMU_GYRO_CUTOFF。
看陀螺仪数据的FFT频谱图
以下图为例，在40HZ以后的噪声比较多，可以设置IMU_GYRO_CUTOFF为35。
调参数IMU_DGYRO_CUTOFF。
看角加速度的FFT图
以下图为例，在40Hz以后有一个噪声高峰，可以设置IMU_DGYRO_CUTOFF为35

调参数IMU_ACCEL_CUTOFF。
看加速度数据的FFT图。
以下图为例，在35Hz以后的振动比较大，可以设置IMU_ACCEL_CUTOFF为30
调完参数可以看actuator_control的FFT，查看控制输出的噪声是否在可接受的范围。
除了软件上的滤波，还需要在硬件上减少振动，例如飞控安装减震，飞机上的所有部件都安装牢固，桨叶动平衡。机架尽量用强度高，轴距小的的机架，电机用高KV值电机（高频振动更好滤除）

陷波滤波器调参
有的时候FFT在一个较低的频率处有个尖峰，如果想用低通滤波将其滤除的话，需要将截止频率设置的很低，会使延时增大，此时可以通过陷波滤波器将其滤除。
需要注意的是，这种尖峰可能是由于飞机部件松动引起的振动，加固飞机可能比调滤波参数更有效果
上图需要设置两个陷波滤波器，上图的IMU_GYRO_CUTOFF可以设置为120.

第一个：
频率参数IMU_GYRO_NF0_FRQ设置为20
陷波区间IMU_GYRO_NF0_BW 设置为10
第二个：
频率参数IMU_GYRO_NF0_FRQ设置为26.5
陷波区间IMU_GYRO_NF0_BW 设置为2

陷波滤波后的效果如下：

一般穿越机的IMU_GYRO_CUTOFF可以设置为120，IMU_DGYRO_CUTOFF可以设置为50到80
大的机架就根据FFT具体设置。

二、PID参数

自动调参

如果使用自动调参，需要使用新版的QGC地面站
PX4自动调参可以用hold模式调参，先起飞，然后切换到hold模式，调角速率环的话，点击下图的Autotune，飞机会自动进行roll/pitch/yaw角速率PID的调整。调整期间可以看到飞机会自动执行一些动作。
调整完后，可以看到地面站提示降落飞机，自动调参的进度条提示wait for disarm，此时降落飞机

降落后可以看到地面站提示Autotune successful，说明调参成功。

角度环的自动调参同角速率环

手动调参

首先调角速率环，然后姿态环，再速度环，最后位置环。

角速率环

PX4角速率环PID流程如下

基于上图，有两种调参形式

1.并行形式
相当于K取常数

2.标准形式
相当于P取常值，这种形式在数学上等同于并行形式，但主要优点是它将比例增益调谐与积分和导数增益解耦。这意味着，通过利用具有类似尺寸/惯性的无人机的增益，并简单地调整K增益，就可以很容易地调整新飞机，使其正常飞行。

在调角速率PID时可以在自稳/特技模式下飞行，特技模式能更容易的看出调参效果，但更难操控，新手建议用自稳模式。
一开始可以把roll/pitch的PID设置成一样，等调的差不多了，然后再对roll和pitch的PID单独细调，如果飞机是对称的，则roll和pitch的PID一样就可以了。yaw的调参方法和roll/pitch类似，但是yaw的D项一般为0.

P项调节
将角速率环的I和D都置0，K置为1，然后调节P项，从小到大开始调。

P项过高：高频振荡
如下图，红色是当前角速率，绿色是期望角速率，大概以10Hz频率振荡

P项过低：对操纵反映迟缓，在特技模式下可以看到姿态的漂移。
如下图，红色是当前角速率，绿色是期望角速率，可以看到当前角速率曲线的相位明显滞后于期望的角速率

每次增加20-30%的增益，最终微调时减少到5-10%。
较好的P如下图，红色的为期望角速度，蓝色为当前角速度。相应较快，且没有明显的超调和振荡（两者还存在较大的静差，这是由于现在的I项为0）

I项调节
调好P后，就可以调节I
I项过高：低频振荡
如下图，红色是当前角速率，蓝色是期望角速率，几乎没有静差，但过高的I也会导致振荡
I项过低：静差较大，如下图，红色是当前姿态，蓝色是期望姿态
较好的I效果如下，没有振荡，也没有明显的静差。
D项调节
D项的主要作用是抑制超调，但不宜过大，因为会放大噪声

D项过大：电机会发烫，并且电机会抽搐（听声音就是高频的忽高忽低声音），并且对操纵的反映比较迟钝。
可以看到电机的输出变化非常剧烈。
D项过小：在阶跃输入后会出现超调，例如在自稳模式猛打杆后立刻将杆回中，可以看到飞机来会振荡几次后才恢复水平。此时可以调大D，直到飞机能够直接恢复水平而没有明显振荡。

姿态环

姿态环只有比例项，调参比较简单，如果P太小，操纵会比较迟钝，P太大也会出现振荡或超调，一般默认值就可以用。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-608870.html

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