飛行器里比較核心的知識(shí)點(diǎn)

當(dāng)今飛行器的發(fā)展已經(jīng)給我們的生活帶來了極大的便利。雖然因安全性的問題遭到了一些限制，但是就目前來說，飛行器的發(fā)展給人們帶來的便利仍然無法取代。各行各業(yè)越來越多的人們更多地愿意接受并使用這一科技帶來的新產(chǎn)品。

例如，飛行器在植保、快遞、搜救、航拍以及巡檢方面的普及速度非?？臁ｋS著需求不斷的擴(kuò)大，未來在這些方面，使用飛行器取代傳統(tǒng)的作業(yè)方式就指日可待了。

而比較普遍的四軸飛行器跟其他類型相比差異在于，它的硬件結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單緊湊，但是軟件就比較復(fù)雜，所有除了搞懂理論知識(shí)之外還需要實(shí)物操作講解，這樣才能事半功倍，那么我在這給大家簡(jiǎn)單羅列梳理一下飛行器里比較核心的知識(shí)點(diǎn)，希望能帶給大家一幫助。

感興趣或者接觸過的人都知道四軸飛行器是如何飛行的？四軸飛行器的螺旋槳與空氣發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了向上的升力，當(dāng)升力大于四軸的重力時(shí)四軸就可以起飛了。

四軸飛行器飛行過程中如何保持水平，我們先假設(shè)一種理想狀況，如果四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是完全相同的，是不是我們控制四軸飛行器的四個(gè)電機(jī)保持同樣的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)（升力剛好抵消重力）四軸就可以平穩(wěn)的飛起來了呢？

答案是否定的，由于四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)向相同，四軸會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。我們控制四軸電機(jī)1和電機(jī)3同向，電機(jī)2電機(jī)4反向，剛好抵消反扭矩，巧妙的實(shí)現(xiàn)了平衡,但是實(shí)際上由于電機(jī)和螺旋漿本身的差異，造成我們無法做到四個(gè)電機(jī)產(chǎn)生相同的升力，這樣飛行器起飛之后就會(huì)失去平衡，所以需要對(duì)飛行器設(shè)置好四軸運(yùn)算和飛控。

那什么是飛控呢？

無人機(jī)或者飛行器的控制器就叫做飛控，了解這種控制方法不僅是其中的四軸算法還包括控制對(duì)象、控制器等等。

傳感器構(gòu)成控制回路的閉環(huán)，遙控器給過來的信號(hào)可以作為控制目標(biāo)，這時(shí)只涉及到油門控制也就是油門曲線和姿態(tài)之間的控制問題。但如果將遙控器或者地面站已經(jīng)設(shè)定好的路徑，功能中蘊(yùn)含的姿態(tài)，如定高、特殊油門、自動(dòng)起降等等，飛控需要自己完全接管姿態(tài)控制，輸出是為了控制電機(jī)轉(zhuǎn)速—針對(duì)四旋翼的控制原理就是承兌的電機(jī)調(diào)速：

飛控中常用的算法有幾個(gè)，例如四軸算法中的PID，智能PID如模糊PID,也有采用LQR，變結(jié)構(gòu)控制器等等。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上面一般采用閉環(huán)的形式，分出姿態(tài)環(huán)和位置環(huán)進(jìn)行控制。

那么四軸飛控用的什么算法？

▲四軸飛行器算法主要是濾波算法和姿態(tài)算法還有PID算法。

1.濾波算法主要是將獲取到的陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪聲及融合，得出正確的角度數(shù)據(jù)。主要采用互補(bǔ)濾波或者高大上的卡爾曼濾波。

2.姿態(tài)算法是將獲得的濾波后的傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算得出飛行器自身坐標(biāo)系與地理空間坐標(biāo)系的偏差，即歐拉角。 一般采用四元數(shù)算法。

3.PID算法就是用來控制四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來糾正歐拉角，從而使機(jī)身保持平穩(wěn)。四軸上一般都裝有陀螺儀，他可以測(cè)得四軸的實(shí)時(shí)飛行姿態(tài)。得到這些數(shù)據(jù)后再有微控制器通過PID來調(diào)整四軸的飛行姿態(tài)，并達(dá)到期望值。

飛行器的姿態(tài)控制是四軸飛行器核心技術(shù)所在。其中的PID控制算法相對(duì)簡(jiǎn)單且技術(shù)成熟，是目前控制算法中的首選。PID算法即是PID控制器的靈魂，其對(duì)多旋翼飛行器很重要。那算法自己學(xué)習(xí)能學(xué)會(huì)嗎？

來自一個(gè)自學(xué)者的感悟：

在讀大學(xué)的我，沒事就喜歡在宿舍自己搞搞DIY，百度搜索到好多飛行器的制作方法，于是淘寶買了飛行器相關(guān)配件，百度搜索了自學(xué)四驅(qū)飛控的教程，最后事與愿違，自己搞并不成功也很多問題不知道該怎么解決，所以自己寫四驅(qū)飛控難度有多大？

因?yàn)樗妮S主要分為硬件驅(qū)動(dòng)部分，和算法部分。算法部分主要是三個(gè)，第一個(gè)是濾波技術(shù)，需要用在姿態(tài)數(shù)據(jù)處理，ahrs算法解算姿態(tài)，再就是pid這里pid一般用雙環(huán)串級(jí)pid，單級(jí)的缺點(diǎn)很多。

其實(shí)想做到這一步還需要有不錯(cuò)的C語(yǔ)言基礎(chǔ)以及扎實(shí)的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)能力以及算法的參數(shù)，另外調(diào)節(jié)pid也是和有技巧的，建議多看看調(diào)節(jié)pid心得，多調(diào)試然后對(duì)照別人的理論就會(huì)掌握。在一個(gè)你需要做的就是掌握pcb的制作，會(huì)使用ad軟件，這是pcb的入門，花幾塊板子練一下手，然后就可以制作飛控主控版了。

說的倒是很輕松，現(xiàn)實(shí)是需要花很多時(shí)間在算法的更新、系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。現(xiàn)在網(wǎng)上已經(jīng)有很多開源程序，自己有動(dòng)力制作的話要做出來不難，但是想要做好就很難了，簡(jiǎn)單的飛行器，購(gòu)買硬件、組裝、開源代碼等都能解決，難就難在調(diào)試，調(diào)試出適合的參數(shù)來保證飛機(jī)調(diào)整各種姿態(tài)的時(shí)候響應(yīng)速度都要恰好，這都是需要大量數(shù)據(jù)的積累和成功案例的借鑒學(xué)習(xí)。