SIGMA free旋翼快速入门（一）—旋翼PID在线调参

一、PID控制器介绍

1.1 PID控制概述

PID三个字母分别代表了三个环节，比例（P）、积分（I）、微分（D），控制系统的基本结构如下所示：

其中，参数K_P、K_P/T_I 、K_PT_D分别影响比例、积分、微分环节的作用效果。比例环节作用于系统的当前误差，增大K_P可以加快响应速度，减小误差，但K_P值过大将使系统K_P稳定性变差；积分环节作用于系统的累计误差，增大K_P/T_I可以使误差的收敛值更接近于0，但过大的K_P/T_I将降低响应速度并使超调增加；微分环节作用于系统误差的变化率，能预见偏差变化的趋势，增大K_PT_D可以减少超调与震荡，但该值过大时系统将对扰动过于敏感。

1.2 四旋翼PID控制器

PX4旋翼控制器采用了串级PID的架构，即将多个PID控制器串联，上一级的输出作为下一级的输入，如图所示：

在线调参界面针对的是其姿态控制器（图中标红部分），该控制器分为俯仰、滚转、偏航三个互相独立的通道，每个通道对相应的角度、角速率进行控制，角度控制的输出作为角速率控制的输入。

二、通过QGC调整参数（调参前，切记做好参数备份）

2.1 QGC调参界面及使用流程介绍

调参界面如图所示：

具体操作流程如下：点击上方的齿轮图标->点击左下方“调参”->勾选右上角“高级”->点选通道（如“滚转”）->点击“开始”按钮（绘图开始后变为“停止”），绘制输入-响应曲线->输入新数值或点击“+”或“-”图标调整参数大小。此后，界面中央将实时绘制分别对应该通道角度及角速率的输入-响应曲线，绿色为输入，蓝色为响应。以滚转通道为例，关键参数及其含义如下表所示：

MC的开头表示这些参数用于旋翼（即MultiCopter）的控制，ROLL字段代表这些参数从属于滚转通道，后缀为_P的参数影响比例环节（对应1.1节中的K_P），后缀为_D的参数（对应1.1节中的K_PT_D）影响微分环节，后缀为_I的参数影响积分环节（对应1.1节中的K_P/T_I），带RATE字段的参数影响角速率响应，无RATE字段的参数影响角度响应。调参时，先调整角速率的输入-响应，后调整角度的输入-响应。

2.2 参数大小调整依据

根据QGC绘制的输入-响应曲线间的差值和时延，判断需要修改的参数及调整方向，以比例系数的调整为例：

（1）比例系数需调小

从图中可以看到，QGC界面中的滚转角响应曲线不收敛且剧烈震荡，渲染引擎中的旋翼也在大幅度地往复滚转，在该情况下，需要将MC_ROLL_P值调小。

（2）比例系数需调大

从图中可以看到，QGC界面中的滚转角响应曲线明显落后于角度指令输入曲线，且峰值明显低于输入曲线，在该情况下，需要将MC_ROLL_P值调大。

至于积分系数与微分系数，诸位可以通过本仿真系统，自己在模拟飞行过程中实时调整参数，观察输入-响应曲线以及可视化界面中旋翼的姿态变化，验证这些参数的影响否与下表中的理论现象相一致。

到这里，相信诸位已经对PID控制有了更进一步的认识，对PID控制各关键参数的作用有了更直观的感受，已经能够解决PID参数配置不当引起的仿真飞行效果不佳的问题。祝大家飞行愉快！

    

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