pixhawk试飞报告

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本文将一个新手学习px4入门，装机，PID调节过程，以及试飞注意事项陈述如下：


器件准备

硬件一套，包括DJI F450机架、Pixhawk 2.4.6 mini飞控、好盈乐天20A电调、1045正反桨、银燕电机2216、天地飞6通道遥控器。详情见淘宝链接里的套餐方案。

这些是PX4自动驾驶仪的元件要求：

  • 1x Pixhawk 或者 FMU + IO Kit (Pixhawk 和FMU + IO是一样的)
  • 1x u-blox GPS模块
  • 1x RC 接收器
  • 1x 无线数传
  • 多块3300 mAh LiPo电池，至少能提供25A/30A电流。最好是买几个相同的电池为了保持直升飞机更换电池的重量恒定。


装机

这里有多达200页的超详细图文教程，一步一步教您装机，学不会都很难！
更多查询EXUAV-mini测评报告产品介绍、产品开箱、飞控接线与安装、飞行测试（视频来源：EXUAV）如下

pix4 mini主要装机图文概览（注：图片来源于模友之吧，如有不妥，请提出）：

你也可以看如下的视频教程：
分为几个视频
第一个为安装（分电板焊接，电机香蕉头焊接，整机组装，飞控以及配件的安装）
第二个为遥控器设置（混控，失控保护设置）
第三个为地面站使用（固件刷写，reset，校准）


关于APM版的pixhawk参考泡泡老师教程，注意电压电流校准，及低电压报警设置，不然会飞不久自动降落。

注意：

  • 上电测试：检查焊点的极性(黑色/红色)。卸载螺旋桨，准备新的电池到室外去。不要压在四轴上，连接电池，随时准备拔掉电池。四个电机将同时响。这个测试的目的是确保在装配没有导致短路或反极性。
  • 连接电机：根据上面电机转向的图片，经过转向测试后连接电机。
  • 电源线路连接：详细请见Powering the Pixhawk
  • 主控板接口说明：详情见pixhawk模块


安装QGC

QGroundControl地面站简称QGC，通过官网下载安装，普通用户应该下载稳定版本，如果是开发人员，可以参考这里安装daily build版本。


更新固件&校准

按照下面视频里的步骤进行。

这里注意的有：

方位角都设为0, gps的方向与主控方向相同。


系统提示

请观看下面的视频了解如何锁定,解除系统。注意音频和视觉信号。


测试手动模式

试飞的第一步就是测试手动（直通）模式。就是直接通过遥控器控制飞行器，所有的飞行都必须这一步。

电池连接

当系统进入手动状态时，动力只有通过USB将无法驱动伺服系统。你必须连接一个电池，飞行模式才能正常运行。

手动模式

确保你已经完成了遥控器的校准。
按照如下方式进入手动模式：

  • 开启QGC(可选)
  • 打开遥控器
  • 给px4供电
  • 连接px4 USB(可选)
  • 按下安全开关直到快速闪动
  • 将遥控器的油门杆打到右下角
  • 你能听得px4代表armed的声音警报
  • 移动油门杆可以看到电机转动


飞行模式

就飞行练习来说，主要是要熟悉飞控的各种飞行模式及其切换，在这里首先要做的是设置遥控器5通道，以达到能使用遥控器切换多种飞行模式的效果，具体可参考自己购买的遥控器说明。

另外对于各个飞行模式的特点及其需要注意的地方建议查看官网或者中文网wiki，较熟悉后可以大大程度减少炸机的几率。


手机控制(可选)

可以自己买一个蓝牙从机模块如hc-06，按照串口的连接方式连接到pixhawk的数传接口TELEM1，注意蓝牙的波特率设为57600，然后下载手机端地面站如飞鱼地面站或playUAV进行蓝牙连接即可。如果只是想查看地面站信息，这样可以省掉一个数传哦。

连接方式如下图：


PID调节(可选)

调参请装至QGC界面参数窗口！
pidtune
或者找到System Parameters > SYS_AUTOSTART，如果为4011，则找到/src/Firmware/ROMFS/px4fmu_common/init.d里的4011_dji_f450进行更改，当然也可自行添加，例子如下： 

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#!nsh
#
# @name DJI Flame Wheel F450
#
# @type Quadrotor x
#
# @output AUX1 feed-through of RC AUX1 channel
# @output AUX2 feed-through of RC AUX2 channel
# @output AUX3 feed-through of RC AUX3 channel
#
# @maintainer Lorenz Meier <lorenz@px4.io>
#

sh /etc/init.d/4001_quad_x

if [ $AUTOCNF == yes ]
then
	param set MC_ROLL_P 7.0
	param set MC_ROLLRATE_P 0.15
	param set MC_ROLLRATE_I 0.05
	param set MC_ROLLRATE_D 0.01
	param set MC_PITCH_P 7.0
	param set MC_PITCHRATE_P 0.15
	param set MC_PITCHRATE_I 0.05
	param set MC_PITCHRATE_D 0.01
	param set MC_YAW_P 2.8
	param set MC_YAWRATE_P 0.3
	param set MC_YAWRATE_I 0.1
	param set MC_YAWRATE_D 0.0
	# DJI ESCs do not support calibration and need a higher min
	param set PWM_MIN 1230
fi

# Transitional support: ensure suitable PWM min/max param values
if param compare PWM_MIN 1075
then
	param set PWM_MIN 1230
fi

介绍

PX4 multirotor_att_control应用程序执行一个外循环的方向控制器，相关参数为：

  • 翻滚角(MC_ROLL_P)
  • 俯仰角(MC_PITCH_P)
  • 航向角(MC_YAW_P)

和一个内部循环，有三个独立的控制角度变化率PID控制器：

  • 翻滚角率(MC_ROLLRATE_P, MC_ROLLRATE_I, MC_ROLLRATE_D)
  • 俯仰角率(MC_PITCHRATE_P, MC_PITCHRATE_I, MC_PITCHRATE_D)
  • 航向角率(MC_YAWRATE_P, MC_YAWRATE_I, MC_YAWRATE_D)

外部循环的输出是机体的目标速率（eg. 如果四轴目标角度为0，而目前左右倾斜30度，那么控制输出将可以是这样的：翻滚速率为60度每秒）。内部速率控制回路改变电机输出，这样四轴能按所需的角速度旋转。

这些参数的大小实际上有一个直观的意义，eg. 如果MC_ROLL_P的值为6.0，四轴将补偿的角度偏差值为0.5弧度(30度)，那么目标角速率将为3 弧度/秒。然后如果内环MC_ROLLRATE_P的值为0.1，最后输出给翻滚角的油门控制量将为3 * 0.1 = 0.3。这意味着它将降低电机一边30%的速度，增加另一边30%速度来诱导角动量回到水平。

这里还有一个MC_YAW_FF参数，它控制用户输入反馈给航向速率控制器的灵敏度。0代表非常慢的控制，只有航向位置错误的时候控制器才会响应，1代表灵敏的控制，但是可能有些过调，由于控制器移动航向迅速，导致很难保持航向为0。

第一步：准备

首先，把所有的参数设为初始值：

  1. 设置MC_XXX_P为0(ROLL, PITCH, YAW)
  2. 设置所有的MC_XXXRATE_P, MC_XXXRATE_I, MC_XXXRATE_D为0，除了MC_ROLLRATE_P 和 MC_PITCHRATE_P。
  3. 设置MC_ROLLRATE_P 和 MC_PITCHRATE_P为一个比较小的值，比如. 0.02
  4. 设置MC_YAW_FF为0.5

所有的参数应该慢慢的增大，每次增大20%到30%，甚至最后10%，注意：参数过大会导致非常危险的震荡，即使只有理想参数的1.5到2倍。

第二步：稳定横滚和俯仰率

P调优
参数：MC_ROLLRATE_P, MC_PITCHRATE_P

如果四轴是对称的，那么ROLL和PITCH的值应该相等，否则应该独立的调整。

把四轴拿到手上，然后增大油门到大约50%，这样四轴重量可以视为0。使它在翻滚角或者俯仰角方向倾斜，观察起反应。它应该温和的转动，但是它不会回到水平。如果出现震荡，把RATE_P调小。一旦控制响应缓慢但正确，增加RATE_P直到它开始振荡。然后减小RATE_P直到它只有轻微摆动或不再摆动（大约减少10%）,稍微有点过调。典型的值大约是0.1。

D调优
参数：MC_ROLLRATE_D, MC_PITCHRATE_D

假设P参数是一个使电机震荡的状态，RATE_P略小。慢慢的增大RATE_D，从0.01开始，直到震荡停止之前。如果电机出现颠簸，RATE_D太大了，减小它。通过RATE_P和RATE_D可以调优四轴的响应。典型值为0.01到0.02。

在QGC中，可以绘出roll和pitch的变化速率图(ATTITUDE.rollspeed/pitchspeed)。它不能震荡，可以有10%到20%的过调。

I调优

如果横滚速率和俯仰速率没有达到设定值，但有一个偏移量，加上MC_ROLLRATE_I和MC_PITCHRATE_I参数。从MC_ROLLRATE_P值的5-10%开始调。

第三步：稳定横滚和俯仰角度

P调优
参数：MC_ROLL_P, MC_PITCH_P

  1. 设置 MC_ROLL_P 和 MC_PITCH_P到一个比较小的值，比如. 3

把四轴拿到手上，然后增大油门到大约50%，这样四轴重量可以视为0。使它在翻滚角或者俯仰角方向倾斜，观察起反应。它应该缓慢回到水平。如果出现震荡，调整P。只要控制响应缓慢但正确，继续增大P直到出现震荡。最优的响应是10-20%的过调。得到稳定的响应后重新调整RATE_P, RATE_D参数。

在QGC上位机里，你能绘出roll和pitch的图像(ATTITUDE.roll/pitch)及control(ctrl0,ctrl1)。姿态角如果过调不能超过10-20%。

第四步：稳定航向速率

P调优
参数：MC_YAWRATE_P。

  1. 设置MC_YAWRATE_P为一个比较小的值，比如. 0.1

把四轴拿到手上，然后增大油门到大约50%，这样四轴重量可以视为0。然后绕Z轴旋转，观察其响应。电机的声音听起来改变了，系统有阻止旋转的趋势。响应将大大低于横滚和俯仰，这是可以的。如果出现震荡或者颠簸，调小RATE_P。如果很小的移动出现很大的响应（大油门和小油门时），减小RATE_P。典型值为0.2到0.3。

航向速率控制如果非常强烈甚至震荡，会恶化横滚和俯仰的响应。扭转横滚、俯仰和偏航检查总反应。

第五步：稳定航向角

P调优
参数：MC_YAW_P。

  1. 设置MC_YAW_P为一个比较小的值，比如1。

把四轴拿到手上，然后增大油门到大约50%，这样四轴重量可以视为0。然后绕Z轴旋转，观察其响应。它应该慢慢回到起始方向。如果出现震荡，调小P。只要控制响应缓慢但正确，继续增大P，直到响应稳定，但是不震荡。典型值是2到3。

可以在QGC里查看ATTITUDE.yaw。航向角过调不能超过2-5%(比姿态角要小)。

反馈调优
参数：MC_YAW_FF。

这个参数不是关键，可以在飞行时调整，在最差情况下是偏航角响应迟缓或太快。调整FF参数得到一个合适的响应。有效范围为0到1。典型值为0.8到0.9。（如果用于航拍，建议将值调小以得到更加圆滑的反应）

可以在QGC里查看ATTITUDE.yaw。航向角过调不能超过2-5%(比姿态角要小)。

飞行注意事项及效果

起飞阶段

taoff

定高阶段

high

官方测试视频：

防炸机经验总结

  1. 当使用gps进行留待模式loiter飞行时，注意方向档响应慢，随时准备打到自稳自救。

飞行记录分析

飞行log分析：http://logs.uaventure.com/view/dgz379gyc72broL4k6TQHL
apm数据分析：http://ardupilot.org/dev/docs/using-mavexplorer-for-log-analysis.html
简单来说命令就是：MAVExplorer.py *.BIN
或者使用FlightPlot：https://github.com/DrTon/FlightPlot


参考文献：用户文档/用户教程/快速学习/多轴飞行器教程/F450安装/PID调试

nephen wechat
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