PX4自动调参完整教程

一、调参背景与核心原理

PX4飞控系统通过PID控制器（涵盖速率、姿态、速度、位置四大维度）计算输出信号，实现无人机从当前状态到目标设定点的精准控制。其中，速率控制器与姿态控制器的调参质量直接决定飞行稳定性——调参不当会导致无人机抗干扰能力弱、响应迟缓，甚至出现振荡等安全隐患；而速度与位置控制器受机身动力学影响较小，同类型机架的默认参数通常可满足基础飞行需求，无需优先调参。

自动调参功能的核心原理是：飞控系统在各轴施加微小扰动，通过监测无人机的动态响应，自动计算并优化速率与姿态控制器的PID参数。该功能适用于固定翼、多旋翼、垂直起降固定翼无人机，理论上支持所有带速率控制器的机型（目前仅官方明确支持上述三类）。

若你的无人机已选择匹配的机架类型，通常可实现基础飞行，但想要达到更稳定的飞行效果，仍需根据实际硬件配置完成速率与姿态控制器的调参（仅需执行一次，机架结构变更后需重新调参）。

二、前期准备：确保满足调参前提

自动调参的核心前提是：无人机已具备稳定飞行能力，能应对中度外界干扰。请按以下步骤完成准备与验证：

（一）基础准备

1. 完成常规飞行前安全检查，确保飞行场地开阔无遮挡、无人员密集区域；
2. 选择无风或微风天气（风速过大会干扰调参精度）；
3. 提前配置中止机制：可通过切换飞行模式，或设置专属按键/开关，用于紧急中止自动调参；
4. 确认无人机已选择匹配的机架类型（机身设置阶段完成），且能在位置控制模式下安全飞行。

（二）调参资格验证流程

1. 起飞并进入对应悬停/飞行状态：
   • 多旋翼：切换至高度模式或稳定模式，起飞后悬停在离地1米处；
   • 固定翼：切换至位置模式或高度模式，以巡航速度完成起飞并保持平稳飞行。
2. 执行稳定性测试（以横滚轴为例）：
   操作遥控器摇杆，使无人机向左倾斜→向右倾斜→摇杆回中（全程约3秒），观察无人机是否能在2次振荡内自行稳定；
3. 逐步加大倾斜幅度重复测试，当倾斜角度达到约20度时，无人机仍能在2次振荡内稳定，则横滚轴满足要求；
4. 对俯仰轴执行相同测试，若同样满足稳定条件，即可启动自动调参；
5. 若未达到要求：需先参考「故障排除」部分的手动调参方法，调整至满足条件后再进行自动调参。

三、自动调参步骤

自动调参需在足够开阔的安全飞行区内执行，推荐无风或微风环境，全程用时约40秒（实际介于19-68秒之间）。多旋翼推荐使用高度模式（althold），固定翼推荐使用保持模式，也可选用其他飞行模式，调参过程中遥控器仍可直接控制无人机，可随时中止操作。

参考视频（外网需VPN）：https://www.youtube.com/watch?v=5xswOhhqrIQ
注解：通过切换飞行模式或使用已配置的自动调参启用/禁用开关，可随时中止调参流程。

具体操作步骤

1. 起飞并进入测试准备状态：
   • 多旋翼：通过遥控器在高度模式下起飞，悬停在离地4-20米的安全高度，保持周围无障碍物；
   • 固定翼：以巡航速度飞行后，切换至保持模式，飞机将以恒定高度和速度绕圈飞行。
2. 启用自动调参功能：
   打开QGroundControl地面站，依次进入菜单：无人机设置 > PID调节
   
3. 启动调参流程：
   • 选择「速率控制器」或「姿态控制器」选项卡（默认Autotune为启用状态，关闭则显示手动调参界面）；
   • 点击【Autotune】按钮，弹出调参启动提示框（含注意事项），点击「确定」开始自动调参。
4. 观察调参过程：
   无人机将先执行快速滚转运动，随后依次进行俯仰、偏航运动，调参进度将通过【Autotune】按钮旁的进度条实时显示，进度条满格即表示调参完成。
5. 参数应用与保存：
   • 多旋翼：地面站将提示「降落并解锁以保存参数」，通过遥控器控制无人机降落、上锁后，地面站显示「autotune successful」，自动调参的PID参数将正式生效（点击【Autotune enable】可查看具体PID数值）；
   • 固定翼：调参完成后将立即自动应用新参数，并在空中进行4秒测试；若检测到飞行不稳定，将自动恢复原参数；测试正常则新参数直接生效。
6. 调参后验证：
   自动调参后的外环P值通常较大，建议适当降低后再起飞测试。按前期准备中的稳定性测试流程，手动验证无人机飞行状态：若出现强烈振荡，需立即着陆，参考「故障排除」部分处理。

四、特殊机型与模式说明

1. 垂直起降固定翼：需分两次调参——在MC模式（旋翼模式）下按多旋翼流程调参，在FW模式（固定翼模式）下按固定翼流程调参；
2. 多旋翼：若已知无人机在起飞模式（takeoff）和位置模式下稳定，可直接在起飞模式起飞，切换至位置模式进行调参；
3. 固定翼：自动调参也可在高度模式或位置模式下执行，但直线飞行时需更大安全区域，且调参效果无明显提升；可通过参数配置选择在空中或着陆后应用调参结果。

五、故障排除

1. 自动调参前无人机出现振荡

• 慢速振荡（每秒1次或更慢）：常见于大型无人机，因姿态回路比速率回路响应过快导致；
  • 多旋翼：将MC_ROLL_P和MC_PITCH_P参数各降低1.0步；
  • 固定翼：将FW_R_TC、FW_P_TC和FW_Y_TC参数各增加0.1步。
• 快速振荡（每秒超过1次）：因速率环路增益过高导致；
  • 多旋翼：将MC_[ROLL|PITCH|YAW]RATE_K参数各降低0.02步；
  • 固定翼：将FW_RR_R、FW_RR_P和FW_RR_Y参数各减小0.01步。

2. 自动调参失败

若调参过程中无人机移动幅度不足，系统无法识别动力学特性并计算参数，需将FW_AT_SYSID_AMP（固定翼）、MC_AT_SYSID_AMP（多旋翼）参数各增加1步，重新启动自动调参。

3. 自动调参后无人机振荡

因延迟、饱和、机身灵活性等未纳入数学模型的因素，可能导致环路增益过高。按「调参前振荡」的对应步骤调整参数即可。

4. 调参后飞行仍不稳定

建议参考官方手动调参指南进一步优化：

• 多旋翼PID调节指南（手动/简单）
• 多旋翼PID调节指南（高级/详细）
• 固定翼PID调节指南

六、可选设置（自定义调参规则）

1. 参数应用时机配置

默认情况下，多旋翼在着陆上锁后应用调参结果，固定翼在空中即时应用并测试。可通过以下参数自定义配置：

• 多旋翼：MC_AT_APPLY参数
• 固定翼：FW_AT_APPLY参数
  • 0：不应用新增益（仅用于测试调参算法结果）；
  • 1：解锁后应用（多旋翼默认），可在下次起飞时测试新参数；
  • 2：即时应用（固定翼默认），应用后4秒内监测稳定性，不稳定则自动恢复原参数。

2. 遥控器开关控制自动调参（固定翼专属）

可通过RC AUX通道配置遥控器开关，实现任意模式下启用/禁用自动调参，配置步骤如下：

1. 选择一个RC通道作为自动调参启用/禁用开关；
2. 将RC_MAP_AUX1（或RC_MAP_AUX2-RC_MAP_AUX6）参数设置为该通道；
3. 将FW_AT_MAN_AUX参数设置为所选通道（例：映射RC_MAP_AUX1则设为1:AUX 1）；
4. 开关逻辑：通道值低于0.5（范围[-1,1]）时禁用调参，高于0.5时启用；
5. 注意：使用该开关启用调参前，需提前选择好调参轴。

3. 调参轴选择（固定翼专属）

通过FW_AT_axes位掩码参数选择需要调参的轴（默认全选）：

• 位0：横滚轴（默认启用）；
• 位1：俯仰轴（默认启用）；
• 位2：偏航轴。

七、常见问题解答

1. 自动调参是否适用于所有支持的机身？

自动调参基于线性系统（SISO，轴间无耦合）的数学模型设计，且假设模型复杂度有限（2个极点和2个零点）。若无人机实际特性与该假设偏差过大，模型无法准确反映其动力学特性，自动调参效果会受影响。

2. 自动调参需要多长时间？

调参时长由单轴调参时间、轴间暂停时间、空中测试时间决定（默认配置下）：

• 单轴调参：5-20秒（20秒内未完成则中止）；
• 轴间暂停：每两轴之间暂停2秒；
• 空中测试：若空中应用参数，需额外4秒测试时间。
• 多旋翼（默认不空中测试）：19-64秒（3个轴：5×3 + 2×2 至 20×3 + 2×2）；
• 固定翼（默认空中测试）：25-70秒（3个轴：5×3 + 2×3 + 4 至 20×3 + 2×3 + 4）。

注：可通过参数配置调整是否空中测试、调参轴数量，进而改变调参时长。

3. 如何通过日志分析无人机状态？

人眼难以识别高频震动等问题，可通过PX4日志工具分析，具体操作参考官网指南：https://docs.px4.io/main/zh/log/flight_review.html

参考来源：https://docs.px4.io/main/zh/config/autotune_mc#drone-oscillates-when-performing-the-pre-tuning-test