多轴飞行器PID参数详解及excel辅助演示

    在MWC中，PID参数对于新手来说是个比较难的问题.
    PID的理论比较好理解，有很多的帖子，但在实际上，PID三个参数对结果影响的描述都比较抽象，基本没有具体针对多轴飞行器PID的叙述。
    但是有一个很好的视频，相信大家基本都看过，我这里还是把它贴一下：
下面是适合新手的简单PID调节方法:

这个视频讲述了一个针对MWC中PID的调节方法，简单实用，我也是基本按照这个方法调试的。

为了更好的理解这个视频和PID参数的作用，特意根据多轴飞行器的原理和PID理论，编写了一个EXCEL图表，直观的来理解PID参数的作用。
在这个模型中：
1、假设输出是力，作用在一个质块上，使用加速度、速度、位移积分计算，评估输出对测量值产生的影响，跟多轴飞行器的运动模式比较接近。
2、让速度响应慢一个拍子，模拟电调和电机的响应滞后。
3、加入阻尼，模拟空气的衰减作用
4、引入偏差，用于体现I的作用，从中间加入，代表一个系统误差或外作用力

PID的作用概述：
1、P产生响应速度和力度，过小响应慢，过大会产生振荡，是I和D的基础。
2、I在有系统误差和外力作用时消除偏差、提高精度，同时也会增加响应速度，产生过冲，过大会产生振荡。
3、D抑制过冲和振荡，过小系统会过冲，过大会减慢响应速度。

通过这个模型和图表，一步步演示PID参数的作用和调试方法：

1、逐步增大P，看P对响应速度和力度的影响，调到系统发生振荡，再减少一点P
当P=0.1时，响应很慢，但不会振荡

粗黑线是系统响应，洋红线是目标值。

逐步增大P，P=1，有振荡，但慢慢在衰减


继续增大P，P=3，振荡会逐步加大


取振荡但会衰减的P=1继续调整
在多轴调试时，当振荡发生时，再稍微减小一点P。

2、加入D，看D对振荡的控制能力，D过小会发生过冲，D过大会迟滞，以稍微有点过冲为最佳

D=0.5，有较大的过冲和少量振荡，衰减很快


D=1.3，基本没过冲


D=2，响应迟滞，减慢了响应速度


取以稍微有点过冲的D=1.3为最佳
在多轴调试时，用手拍一下机臂或倾斜启动，机臂在复位时有少量过冲为宜。（不过我喜欢基本没过冲时的参数，这样在悬停时更稳）
3、可以继续增大P和D，让响应更快但过冲也不大。
P=2 D=1.8


在理论上可以这样演示，但在实际多轴的调试时，这一步一般不做，这是为了更安全和稳定。

4、加入0.2的偏差，看偏差对位移的影响
从中间加入，代表一个外作用力。

可以看到，如果没有I的作用，偏差将一直存在，尽管P产生了一个抵抗力，但只是阻止了系统继续运动，但偏差一直在。
在多轴调试时，如果持续的抬起一个机臂，机臂会持续的转动，抵抗力很小，放手后也不会回复。

5、加I,看I对偏差的修正能力，I加快了响应速度，但也会导致过冲或振荡
I=0.3 基本可以消除偏差产生的影响，产生了少量过冲，但提高了在有偏差时系统的精度


I=3 进一步加快响应速度，但产生了振荡


取基本能纠正偏差的I=0.3
在多轴调试时，油门开至悬停油门，用手持续的抬起一个机臂，可以感到随着I的增加，抵抗力会逐步增大，持续时间加长。因为多轴的长期稳定由姿态模式的LEVEL参数来解决，所以I不用太大，取缺省参数就可以了，大概可以抵抗1-2秒左右。

6、增大一点D，减小一点I产生的过冲
取消偏差，因为I的加入，有一点过冲


增大D，D=2.2，减小过冲


在实际多轴调试时，这一步一般不用，但是如果有必要，可以试一下。
好了，曲线演示完了，这同时也是多轴PID参数的调试过程，结合视频一起看，能更好的理解这一过程，希望对大家理解PID有所帮助。

附：多轴飞行器PID调试演示器.xls
http://url.cn/R1vaK7
下载的文件名可能有问题，自己把文件名改为"多轴飞行器PID调试演示器.xls"就可以用了.