基于四旋翼飞行器的陀螺仪、加速度计、磁力计传感器说明

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一什么是磁力计、加速度计和陀螺仪以及他们之间的区别 1、什么是陀螺仪、加速度计和磁力计？
（1）陀螺仪（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，三轴陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向（合成方向同样可分解为三轴坐标），最终可判断出设备的移动轨迹和加速度。也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出设备当前运动状态，是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢，是加速（角速度）还是减速（角速度）呢，都可以实现，但是要判断出设备的方位（东西南北），陀螺仪就没有办法。
（2）加速度计（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感应器，实际上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度则只是地表垂直方向加速度），加速度计测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ），这一点又有点类似于陀螺仪，但陀螺仪的更多关注自身旋转情况（原位运动），加速计则主要是测量设备的受力情况，也就是三轴运动情况，尽管加速计也可能在某个小范围换算出角速度的可能，但设计原理决定似乎更适合于空间运动判断。

（3）磁力计（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用于测试磁场强度和方向，定位设备的方位，磁力计的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。 2、陀螺仪、加速度计和磁力计三个传感器强项（1）陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动。（2）加速度计的强项在于检测设备的受力情况。（3）磁力计的强项在于检测设备的方位。 3、具体作用：
陀螺仪知道“我们转了个身”，加速计知道“我们又向前走了几米”，而磁力计则知道“我们是向西方向”的。二问答
（1）在飞行器中使用的磁力计、加速度计、陀螺仪等传感器在安装之前为什么要先校准？
答案：由于一般传感器的精度会随着使用的时间和温度变化而变化，时间久了，传感器会有一定的零点漂移，这时候就要对它进行标定，将传感器在使用中或存储后进行的性能复测称为校准，其本质与标定是相同的。这三个传感器如果使用之前不进行校准会对飞行器的航向角（Yaw）、横滚角（Roll）和俯仰角（Pitch）有影响。

（2）现有程序中，如何实现三个传感器的校准？
答案：磁力计的校准：具体步骤是全方位720度旋转（整体旋转就像一个球一样旋转）。在上位机内记录磁力计数据写入到Excel表格内，然后最大值加最小值除以2，然后在磁力计原始数据上减去这个值（x,y,z）,这样就可以大致消除磁力计影响。可以多测几组，完美的是这几组的值相差几乎不大，微乎其微。在后续的试验中一般都不再需要关注磁力计的校准。加速度计和陀螺仪都有专门的语句进行校准，如下图
令上面两行语句等于1表示校准，等于0则表示不校准。（3）飞行器的调试方法及步骤 PID调试：
调试的第一步最重要的是在调节内环的时候，在四轴稳定的时候查看角速度是否为0，不是的话就要在原始数据上减去，把他减为0。在进行调试之前，你要判定在调试的时候，每一步的最好结果是什么样，进行这个调节，最后的结果是什么样。进行PID调节一定要认清期望值，分清P、I、D过大过小会出现的问题。

P调节:只要被控对象存在误差，比例调节就会运行，过小控制效果不理想，过大会不稳定，存在静差，给个力会出现震荡，在实际调节的时候，就是要在刚刚震荡的时候最好，就是震荡后最快稳定下来。（现在）
I调节：只要被控对象存在静差，积分调节就会发挥作用，积分调节的作用就是减小甚至消除静差；积分调节过小系统不稳定，过大会产生超调，产生震荡。在实际调节的时候我们是控制系统很稳定（我一般是先调P再调D最后再调I，这样前期使效果已经非常好了，最后积分一下会使系统非常稳定）。但是过大会增加调节时间。（过去） D调节：主要作用是加快调节，减少调节时间，使系统快速响应。过小会使调节时间很长，调节效果不佳；过大会使系统不稳定，产生震荡。对未来误差的预测。（未来）
提供一个调节思路：P——>D——->I 这样调节的结果会很稳定先把D,I置0，加大P值，使飞行器适当的过冲开始震荡，然后增加D的数值，然后增加D的数值，拉低P调节后期的作用，使过冲现象放缓，最后调到不过冲为止。最后加上I调节。第一步调节内环pitch （1）把期望角度直接送给内环

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