登录
加入联盟
找回密码
航空人生
新一代连飞客户端下载
空管人生
中国航空运动协会推荐
WEFLY
模拟飞行玩家聊天工具
门户
文章
商城
二手市场
外包服务
模飞软件
硬件设备
飞行体验
学院
云课堂
问答
资料下载
论坛
模拟飞行
低空飞行
太空探索
航圈
资源
素材
下载
企业
无人机论坛
»
论坛
›
无人机DIY专区
›
飞控开发区
›
APM飞控
›
[飞控]APM姿态控制—两个常用的函数
返回列表
发新帖
查看:
1056
|
回复:
0
[飞控]APM姿态控制—两个常用的函数
[复制链接]
Yannick
Yannick
当前离线
积分
1579
窥视卡
雷达卡
50
主题
781
帖子
1579
积分
金牌飞友
金牌飞友, 积分 1579, 距离下一级还需 1421 积分
金牌飞友, 积分 1579, 距离下一级还需 1421 积分
积分
1579
飞币
790
注册时间
2017-9-12
发消息
发表于 2022-11-11 13:59:43
|
显示全部楼层
|
阅读模式
文 / zinghd
【作者简介】
作者还没有想好怎么描述自己
APM的姿态控制部分有大量的用于变换的函数,最近分析了两个常用的函数,以前看代码只看框架,觉得不就是姿态吗,不就是欧拉角,四元数,旋转矩阵吗?现在看过算法细节才知道每个算法的实现背后都是严谨的物理假设和数学推导,基础知识太重要,还有太多需要学习。
函数名:AC_PosControl::accel_to_lean_angles
位置:
libraries\AC_AttitudeControl\AC_PosControl.cpp
用途:将NED坐标系下的期望加速度转换成机体坐标系下的倾斜角度(pitch,roll)
源程序:
void AC_PosControl::accel_to_lean_angles(float accel_x_cmss, float accel_y_cmss, float& roll_target, float& pitch_target) const
{
float accel_right, accel_forward;
// rotate accelerations into body forward-right frame
accel_forward = accel_x_cmss*_ahrs.cos_yaw() + accel_y_cmss*_ahrs.sin_yaw();
accel_right = -accel_x_cmss*_ahrs.sin_yaw() + accel_y_cmss*_ahrs.cos_yaw();
// update angle targets that will be passed to stabilize controller
pitch_target = atanf(-accel_forward/(GRAVITY_MSS * 100.0f))*(18000.0f/M_PI);
float cos_pitch_target = cosf(pitch_target*M_PI/18000.0f);
roll_target = atanf(accel_right*cos_pitch_target/(GRAVITY_MSS * 100.0f))*(18000.0f/M_PI);
}
数学推导:
假设飞行器z轴受力平衡,即在z轴上保持静止。
已知NED坐标系下期望加速度accel_x_cmss,accel_y_cmss(融合之后的加速度数据为NED坐标系下)和遥控输入的yaw,求机体坐标系下pitch角和roll角。
1.需要先将yaw角进行补偿,即只剩下倾斜角。
将NED坐标系下的水平加速度做绕z旋转,得到没有旋转只有倾斜的中间状态,该状态下的x轴方向加速度为accel_forward,y轴加速度为accel_righ
NED坐标系转机体坐标系绕z轴旋转矩阵为:
2.通过accel_forward,accel_righ,计算pitch,roll。
应为飞机在z轴上受力平衡,所以机体坐标系下飞机受到的合外力将在z轴方向上产生一个-G的力才能使飞机在z轴受力平衡。
如图
支持飞机在NED坐标系z轴保持静止需要-G,而且需要x轴上产生accel_forward,y轴上产生accel_righ,这些都是由机体坐标系下的合外力-F提供的。
所以有:
其中
是NED坐标系转到机体坐标系的旋转矩阵(之前已经进行过yaw方向的旋转了所以这个矩阵里的yaw为0)。
可得:
所以有:
所以:
函数名:
void Quaternion::to_axis_angle
位置:libraries\AP_Math\quaternion.cpp
功能:将四元数转换成轴角形式
原函数:
void Quaternion::to_axis_angle(Vector3f &v)
{
float l = sqrtf(sq(q2)+sq(q3)+sq(q4));
v = Vector3f(q2,q3,q4);
if (!is_zero(l)) {
v /= l;
v *= wrap_PI(2.0f * atan2f(l,q1));
}
}
单位四元素可以表示为:
单位四元数有:
又因为:
可以得到:
所以:
但是函数里的四元素不是单位四元素所以要进行单位化
令:
所以:
以上两个函数反复运用在姿态控制部分,深入理解能够帮助你了解姿态的本质,和姿态控制的思想。
附上我画的姿态控制流程图可以帮助理解:
关注微信公众号,回复【姿态】即可获取结构图Visio文件,同时欢迎加作者微信进行交流。
姿态控制
,
函数
,
常用
,
控制
,
姿态
相关帖子
•
目前的空中力量虽然有一定威慑力但还较薄弱!准备再次升级等我的空投无人机到了我将全面控制卧室!
•
目前的空中力量虽然有一定威慑力但还较薄弱!准备再次升级等我的空投无人机到了我将全面控制卧室!!
•
在家里面控制千里之外的无人机?不得不说,现在国产高科技确实牛
•
不用遥控器就能控制的无人机, 大疆机场2代,用键盘能控制飞行,实现远距离自动和手动控制大疆无人机
•
《惊天激战》无人机控制浅谈
•
强化学习控制,神经网络控制,SImulink可编程,PX4小无人机飞控,硬件在环仿真到实物飞行
•
Ardupilot+ROS2+Gazebo+Mavros仿真控制无人机起飞Python节点效果演示
•
大疆新品NEO居然有七种操控方式,是目前大疆最多种控制玩法的无人机
•
武汉云鸿讯展科技取得无人机 5G 图传控制终端专利,能够方便快速的安装与拆卸图传控制终端本体并且提高散热效果延长使用寿命
•
遥控无人机: 现在开启语音控制 #洗脑 #控制 #附身 #二次元
回复
使用道具
举报
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
千斤顶
照妖镜
返回列表
发新帖
高级模式
B
Color
Image
Link
Quote
Code
Smilies
您需要登录后才可以回帖
登录
|
加入联盟
本版积分规则
发表回复
回帖后跳转到最后一页
快速回复
返回顶部
返回列表