开源飞控中的优化PID算法实现

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：开源飞控为我们提供了丰富的研究、实践、学习资料。为了平衡硬件与算法实践难度，本小节会以Multiwii开源飞控为例，挑选2.3版本控制器实现的部分代码与大家一同分析。完整代码或其他开源算法中的实现过程，大家可以通过互联网找到。在控制器设计中往往会涉及三个方面：误差的获取，基于误差的算法实现，控制信号的生成和输出。代码中errorGyroI[axis]+error体现了上一小节中积分运算的程序实现方式。

开源飞控为我们提供了丰富的研究、实践、学习资料。分析由全球无人机爱好者、研究者、工作者共同完成的代码，会在很多方面对我们产生帮助，同时也为大家提供了很好的平台去锻炼自己的实际工程能力，写出好的算法，做出好的系统与来自全世界的朋友分享。

为了平衡硬件与算法实践难度，本小节会以Multiwii开源飞控为例，挑选2.3版本控制器实现的部分代码与大家一同分析。完整代码或其他开源算法中的实现过程，大家可以通过互联网找到。

在控制器设计中往往会涉及三个方面：误差的获取，基于误差的算法实现，控制信号的生成和输出。在这其中“误差”的作用和意义犹如散文中“形散而神不散”的“神”，让我们借着它轻松理解整个算法结构。可以看到下面的代码：

error =rc-imu.gyroData[axis]；

errorGyroI[axis] =constrain（errorGyroI[axis]+error，-16000，+16000）；

这两行代码的作用是通过陀螺仪传回的数据，计算无人机角速度的误差。其中constrain为限幅函数，constrain（a，b，c），是将三个输入变量中的a限制在b，c组成的区间中。代码中errorGyroI[axis]+error体现了上一小节中积分运算的程序实现方式。(https://www.chuimin.cn)

ITerm =（errorGyroI[axis]＞＞7）∗conf.pid[axis].I8＞＞6；

PTermACC=（（int32_t）errorAngle∗conf.pid[PIDLEVEL].P8）＞＞7；

在这段代码中ITerm和PTermACC分别是PI控制器中的积分项和比例项。其中ITerm等号右边的代码中的errorGyroI[axis]即为三个误差的积分项，conf.pid[axis].I8实际上是PI控制器中的积分项系数K_i，因此ITerm的整个计算代码本质上就是计算了控制量的积分部分：u_i。而PTermACC对应的代码就是计算控制器的比例部分：u_p，其中errorAngle为对应的角度误差，conf.pid[PIDLEVEL].P8则是飞控设置中写入的比例项系数K_p。

上面两段代码虽然很简单，可当我们真正进行代码实现时，必须熟悉所使用的语言工具，了解其中的语法规则和计算规则，并能够从中抽象出控制器结构，或者把控制器结构用合适的代码表示出来，还要注意对于编程而言非常重要的格式、注释习惯等，这些内容都需要读者慢慢在实践中进行积累。（请思考问题：上面这些内容哪些是你工作中需要的？哪些你并不需要？）

开源飞控中的优化PID算法实现

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