四旋翼无人机学习之准备篇（二）

无人机是无人驾驶飞机的简称（Unmanned Aerial Vehicle），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务。
无人机有很多种，我最感兴趣的是快递无人机，可能很多人觉得快递无人机太奢侈了，但是看完你就不会这么想了。
无人机快递可以大大降低“最后十公里”的物流成本：
· 能耗每单不到0.1元——以载重以2公斤计算，包裹10km范围内直接硬件成本（主要是能耗）不到0.1元，每单耗电10Ah，不到40Wh，耗电约0.03元；
· 无人机摊销成本——以一个5000元的无人机测算，5年的运营寿命，加上每年20%的维护费，约6000元，4元/天，如果每个无人机每天完成10次任务，这就意味着每个包裹摊销成本0.4元；
· 合计每单不到0.5元的成本，相比目前的人工物流成本有明显降低，因此从经济成本来看，无人机送货具备明显的经济效益。
无人机物流最困难的是最后的货物投送阶段，仅知道目的地的 GPS 坐标是远远不够的。目前澳大利亚克林顿和格兰特的方法是在无人机上加装摄像头，并在用户的阳台上放一个大盒子，上有特定标识，无人机通过机器视觉识别并准确投递到用户的阳台上。
截止到2018年，京东已经决定用无人机灌同最后“一公里”，打通偏远山区和一些路况太差的地段，要知道在山区配送，每斤1.5元，而用无人机可以大大降低配送成本，速度稳定可以达到高效运输。
无人机组成结构：机架、动力、电池、飞控、遥控，不航拍就这五大部分。航拍就还有摄像头、云台、图传和监视器，双人就再加个云台手。学习看书的话推荐《惯性导航》秦永元
写了半天题外话，，现在进入正题
上节说了通过抵消反扭矩，巧妙的实现了平衡, 但是实际上由于电机和螺旋浆本身的差异，造成我们无法做到四个电机产生相同的升力，这样飞行器起飞之后就会容易失去平衡，摇摇晃晃
该怎么办那？
这时候就要用别的法子消除误差
这时候给大家普及下PID
P比例控制比如说你要喝一杯水，由于是刚刚烧开的热水，水温为100度，根据你平常喝水的常识，这时候要对它降温降到20度，离你要喝水的温度（20）差值越大，它调的幅度就越大，这就叫做比例控制，通俗的总结就是偏差越大，控制量越大，偏差反向，控制量也反向。
实际调节量=应当调节量*kp
这里可能有很多小伙伴不太懂比例控制把比例控制和积分控制混为一谈
当前水温100，你要喝的水温20，kp为0.5
实际调节量=（100-20）*0.5=40
这时水温为60，再次调节。
实际调节量=（60-20）*0.5=20
这时水温40
再次调节后水温30
再次调节后水温25
…
20

I积分控制但是比例控制规律并不能保证水温能够精确达到20度，在实际生活中，你还要对水温进行进一步的微调，直到水温合适为止。这种只要控制偏差不消失就渐进微调的控制规律，在控制里叫积分控制规律。用一句高大上的话来说积分控制的基本作用是消除控制偏差的余差。
这里可能有许多人要问我为什么不能精确到达20度，也可能由于我举的例子的限制，并未有人产生这样的疑问。
我在这里简单解释下如果误差为20
200.5=10，也就是你操作后降了10度，但是由于你把它放到火焰山上了，外界再你每次操作后都给它加了10度，这时候两者相互抵消。。你就会发现你根本让它到不了20度，这时候你就要用积分了
实际调节量=kp应当调节量+ ki∗∫应当调节量
加上微分后你就会发现可以把它慢慢调回去了

D微分控制微分是为了防止你调的过头让他降到20度以下，当它降低的越快，就减缓它的下降速度。通常微分是你调节方向的相反量，起到负反馈作用，微分控制的重点不在实际测量值的具体数值，而在其变化方向和变化速度。
在PID控制中
积分控制的特点是：只要还有余差（即残余的控制偏差）存在，积分控制就按部就班地逐渐增加控制作用，直到余差消失。所以积分的效果比较缓慢，除特殊情况外，作为基本控制作用，缓不救急。
微分控制的特点是：尽管实际测量值还比设定值低，但其快速上扬的冲势需要及早加以抑制，否则，等到实际值超过设定值再作反应就晚了，这就是微分控制施展身手的地方了。作为基本控制使用，微分控制只看趋势，不看具体数值所在，所以最理想的情况也就是把实际值稳定下来，但稳定在什么地方就要看你的运气了，所以微分控制也不能作为基本控制作用。
比例控制没有这些问题，比例控制的反应快，稳定性好，是最基本的控制作用，是“皮”.
积分、微分控制是对比例控制起增强作用的，极少单独使用，所以是“毛”。在实际使用中比例和积分一般一起使用，比例承担主要的控制作用，积分帮助消除余差。微分只有在被控对象反应迟缓，需要在开始有所反应时，及早补偿，才予以采用。

介绍完PID，相信大家都明白了PID吧,再讲讲参数整定
先给大家列出PID的公式

有很多整定参数的计算方法，但实用中一般是靠经验和调试来摸索
参数整定有两个
一是首先调试比例增益以保证基本的稳定性，然后加必要的积分以消除余差，只有在最必要的情况下，比如反映迟缓的温度过程或容量极大的液位过程，测量噪声很低，才加一点微分。
工业界：用非常小的比例作用，但大大强化积分作用。这个方法是完全违背控制理论的分析的，但在实际中却是行之有效，原因在于测量噪声严重，或系统反应过敏时，积分为主的控制规律动作比较缓和，不易激励出不稳定的因素，尤其是不确定性比较高的高频部分。
在很多情况下，在初始PID参数整定之后，只要系统没有出现不稳定或性能显著退化，一般不会去重新整定。但是要是系统不稳定了怎么办呢？由于大部分实际系统都是开环稳定的，也就是说，只要控制作用恒定不变，系统响应最终应该稳定在一个数值，尽管可能不是设定值，所以对付不稳定的第一个动作都是把比例增益减小，根据实际情况，减小1/3、1/2甚至更多，同时加大积分时间常数，常常成倍地加，再就是减小甚至取消微分控制作用。如果有前馈控制，适当减小前馈增益也是有用的。在实际中，系统性能不会莫名其妙地突然变坏，上述“救火”式重新整定常常是临时性的，等生产过程中的机械或原料问题消除后，参数还是要设回原来的数值，否则系统性能会太过“懒散”。
一些大佬的经验：对于一般的流量回路，比例定在0.5左右，积分大约1分钟，微分为0，这个组合一般不致于一上来就出大问题。温度回路可以从2、5、0.05开始，液位回路从5、10、0开始，气相压力回路从10、20、0开始。
当然四旋翼无人机不可能单单依靠PID，它需要高精度。。单纯的PID在一定程度上还是无法满足它，下节继续