Làm thế nào chúng ta có thể sử dụng gia tốc kế để ước tính độ cao?

Tôi hiện đang thực hiện một máy bay tứ giác tự động mà gần đây tôi đã bay và hoạt động ổn định, nhưng không thể tự sửa khi có sự xáo trộn đáng kể từ bên ngoài. Tôi cho rằng điều này là do mức tăng PID được điều chỉnh không đủ mà phải được điều chỉnh thêm trên máy bay.

Tiến độ hiện tại:

• Tôi đã loại trừ một phong vũ biểu vì phạm vi nghiên cứu của tôi chỉ là chuyến bay trong nhà và phong vũ biểu có độ lệch + -5 mét theo đồng nghiệp của tôi.
• Tôi hiện đang sử dụng cảm biến siêu âm (HC-SR04) để ước tính độ cao có độ phân giải 0,3cm. Tuy nhiên, tôi thấy rằng tốc độ làm mới 20Hz của cảm biến siêu âm là quá chậm để có được phản hồi đủ nhanh để điều chỉnh độ cao.
• Tôi đã cố gắng sử dụng gia tốc trên trục Z từ gia tốc kế để lấy dữ liệu độ cao bằng cách tích hợp gia tốc để có vận tốc được sử dụng cho tốc độ PID trong sơ đồ điều khiển pid xếp tầng. Việc triển khai hiện tại cho bộ điều khiển PID độ cao là bộ điều khiển pid vòng đơn sử dụng bộ điều khiển P với đầu vào vị trí từ cảm biến siêu âm.
• Tôi đã tính đến các phép đo gia tốc âm do trọng lực nhưng cho dù tôi tính toán bù bao nhiêu, vẫn có sự tồn tại của gia tốc âm (ví dụ: -0,0034). Tôi đã tính toán bù trọng lực bằng cách đặt quad quad vẫn nằm trên một mặt phẳng sau đó thu thập 20.000 mẫu từ trục z gia tốc để lấy trung bình để lấy "offset" được lưu dưới dạng một biến không đổi. Biến này sau đó được trừ khỏi đầu ra trục z của gia tốc kế để loại bỏ phần bù và đưa nó về "không" nếu nó không tăng tốc. Như đã nói trong câu hỏi, vẫn còn sự tồn tại của gia tốc âm (ví dụ: -0,0034). Quad của tôi sau đó tiến hành liên tục leo lên độ cao. Chỉ với bộ điều khiển cảm biến siêu âm P, bộ tứ của tôi dao động 50 cm.

Làm thế nào có thể giải quyết hiệu quả việc tăng tốc tiêu cực nhất quán này?

Giải pháp có thể : Tôi đang lên kế hoạch thực hiện một bộ điều khiển PID xếp tầng để giữ độ cao với lớp trong (bộ điều khiển PID) bằng cách sử dụng gia tốc kế và vòng ngoài (bộ điều khiển P) bằng cảm biến sóng siêu âm. Cố vấn của tôi nói rằng ngay cả một bộ điều khiển P vòng lặp đơn cũng đủ để làm cho quad quad giữ được độ cao ngay cả với cảm biến chậm. Vừa đủ chưa? Tôi nhận thấy rằng chỉ với mức tăng P, quad quad sẽ vượt quá độ cao của nó.

• Leaky Integrator: Tôi thấy bài viết này giải thích cách anh ta xử lý các gia tốc âm bằng cách sử dụng một tích hợp rò rỉ, tuy nhiên tôi có một chút khó hiểu tại sao nó hoạt động vì tôi nghĩ rằng lỗi tiêu cực sẽ chuyển sang một lỗi tích cực không giải quyết được vấn đề. Tôi không chắc lắm. http://diydrones.com/forum/topics/multi-rotors-the-altitude-yoyo-effect-and-how-to-deal-with-it

• Bộ điều khiển PD vòng đơn chỉ có cảm biến siêu âm: Điều này có khả thi khi sử dụng phản hồi từ cảm biến chậm không?

Nguồn:

• Bảng dữ liệu LSM303DLHC: http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/DM00027543.pdf

• Nhà tích hợp rò rỉ: http://diydrones.com/forum/topics/multi-rotors-the-altitude-yoyo-effect-and-how-to-deal-with-it

• Vòng lặp ArduPilot: http :// Cinc.ardupilot.com/wp-content/uploads/sites/2/2012/12/Alt-Hold-PID-version-3.0.1.jpg

Phong vũ biểu mang trên pixhawk có độ phân giải độ cao 10 cm. Nếu điều đó là không đủ, bạn có thể viết bộ lọc kalman sử dụng dữ liệu gia tốc trong bước dự đoán và cảm biến siêu âm và / hoặc phong vũ biểu trong bước điều chỉnh.

Nhưng tôi không thấy điều này giải quyết vấn đề của bạn. Một phép đo chính xác về độ cao ở 20hz sẽ rất nhiều nếu tất cả những gì bạn đang cố gắng làm là giữ độ cao.

Tần số thời gian / tần số tự nhiên và giảm xóc trên bộ điều khiển của bạn là gì?

Tôi đoán tôi đã không đọc xong câu hỏi của bạn sáng nay (đó là trước khi cà phê của tôi). Gia tốc từ imu là phép đo gia tốc cộng với trọng lực. Để có được gia tốc quán tính của imu, hãy trừ vectơ trọng lực khỏi phép đo. Bạn sẽ không bao giờ có thể kiểm soát các phép đo gia tốc tích hợp. Các phép đo bị hỏng bởi tiếng ồn và bạn không có cách nào để sửa lỗi này.

--- trả lời để kiểm soát phần câu hỏi

Hãy cho rằng tất cả những gì bạn đang cố gắng làm là giữ độ cao và không quan tâm đến việc giữ một vị trí cho đến bây giờ (mặc dù cách tiếp cận này cũng sẽ hiệu quả với điều đó). Và giả sử rằng bạn có thể ra lệnh cho bất kỳ lực đẩy nào bạn muốn (trong lý do), thì điều này trở thành một vấn đề dễ dàng.

Một vượt qua đầu tiên tại các hệ thống động lực trông giống như

$\ddot z = \frac{u}{m} - g$

$z$

$u = u_{fb} + u_{hover}$

Động lực mới của chúng tôi trông giống như

$\ddot z = \frac{u_{fb} + u_{hover}}{m} - g = \frac{u_{fb}}{m}$

Mát mẻ! Bây giờ chúng tôi thiết kế một luật điều khiển để chúng tôi có thể giải quyết độ cao mong muốn.

Hệ thống điều khiển của chúng tôi sẽ là một lò xo ảo và giảm xóc giữa bốn độ cao và độ cao mong muốn của chúng tôi (đây là bộ điều khiển pd).

$\ddot z = k_p(z_{des} - z) + k_d(\dot z_{des} - \dot z)$

$k_p$$k_d$

Tại thời điểm này tôi muốn nhắc lại rằng việc tích hợp dữ liệu gia tốc không phải là một cách ổn để tạo ước tính trạng thái. Nếu bạn thực sự muốn hack một cái gì đó cùng nhau nhanh chóng, hãy cung cấp các phép đo sonar thông qua bộ lọc thông thấp với tần số thả thích hợp. Xe của bạn sẽ không dao động ở mức 20hz, vì vậy chỉ cần kiểm soát dữ liệu sonar sẽ ổn.