飞控算法从入门到精通 · 074 · 位置控制：水平位置PID设计
从一次炸机说起
去年夏天，我在调试一架四轴植保机。GPS信号良好，磁罗盘校准通过，EKF收敛正常。切到定高+定点模式，飞机悬停——前30秒稳得像钉在天上。然后，它开始慢慢往东飘，我打杆修正，它回来一点，又飘回去。再然后，一阵侧风过来，飞机直接往西冲了5米，我还没来得及切回增稳，它已经撞上了机库的铁皮墙。
事后分析日志，发现水平位置环的PID输出在风扰下出现了明显的积分饱和，而且比例项对位置偏差的响应太慢——因为我把P设得太小，怕超调。更致命的是，位置环的输出直接限幅到了姿态角的最大值，导致风大时姿态环根本来不及响应。
那次之后，我重新审视了水平位置控制的设计。今天这篇笔记，就聊聊我踩过的坑和最终沉淀下来的做法。
位置控制到底在控什么
很多人把位置控制想得太复杂。其实，对于多旋翼来说，水平位置控制本质上就是“用姿态角去追位置误差”。你希望飞机往北飞1米，那就让飞机向北倾斜一个角度，产生向北的加速度分量，从而产生向北的速度，最终消除位置偏差。
所以位置控制环的输入是期望位置和实际位置的偏差（单位：米），输出是期望的横滚角和俯仰角（单位：弧度或度）。这个输出会喂给内层的姿态环。
这里有一个关键点：位置环的输出是角度，不是角速度，也不是推力。如果你把位置环的输出直接当成角速度给内环，飞机会非常贼，而且容易震荡。我见过有人这么干，结果飞机像抽风一样来回晃。
