实验三：精准导航与控制技术探索

实验概览

本章节聚焦于构建定位控制系统的核心原理及其实现过程，旨在深入理解多旋翼飞行器如何精确地定位至预定姿态。这一研究不仅涵盖理论基础，还通过三个精心设计的实验步骤，引领读者逐步掌握定位控制系统的构建与优化技巧。

实验一：PD控制器优化与系统分析

1. 参数微调：通过调整PD控制器的关键参数，以实现系统性能的最优化，同时监控超调量与调整时间，确保参数设置满足预期目标。

2. 系统评估：在参数调整后，执行系统频率扫描，生成Bode图，直观观察系统的幅频响应与相频响应特性，进而分析系统的稳定裕度。

实施指南

• 实验文件路径：针对不同的RflySim版本（V3.0及以下与V3.0以上），提供具体文件名，如PX4PSPRflySimAPIsExp02_FlightControle6-PositionCtrle6.2与PX4PSPRflySimAPIs5.RflySimFlyCtrl1.BasicExpse6-PositionCtrle6.2。模型初始化遵循与姿态控制相似的流程，包括速度环与位置环的调整，优先关注高度控制，随后转向水平位置控制。

• 调试文件：位于e6-PositionCtrlPID-Confige6.2PosCtrl_tune.slx目录下，调试前应确保飞行器在高空稳定悬停，初始高度设定为100米，电机启动速度为557.1420rad/s。参考Init_control.m文件调整相关参数。

参数配置

• 初始化条件：
  • ModelInit_PosE = [0, 0, -100]
  • ModelInit_VelB = [0, 0, 0]
  • ModelInit_AngEuler = [0, 0, 0]
  • ModelInit_RateB = [0, 0, 0]
  • ModelInit_Rads = 557.142

内环PID参数调整

• 启动调试：打开e6-PositionCtrlPID-Confige6.2PosControl_tune.slx文件，激活“position_control”模块，设定x通道速度期望为阶跃输入，并启用数据记录功能。

• 参数试验：在Init_control.m文件中调整内环PID参数，初始阶段将积分与微分参数设为零，比例项参数分别尝试1.5、2.0和2.5的值进行测试。

结语

通过本章节的学习，您将深刻理解多旋翼飞行器定位控制系统的设计与实现，从理论到实践，一步步解锁精准导航与控制的秘密。实验过程中，您将亲自动手调整关键参数，评估系统性能，并通过实验验证理论知识，为未来的飞行器开发工作打下坚实的基础。