無名創(chuàng)新開源飛控進階學習

本套課程主要內容：（持續(xù)更新）

1.獨立完成飛行器所有代碼編寫、調試、硬件電路制作和機械結構組裝：

完成的飛行器主要有迷你四旋翼、250機型、330機型、F450機型四旋翼，同時也完成了遙控器的制作（基于MPU6050、SPL06、IST8310傳感器組合的第一版飛控已經(jīng)開源：個人github頁、電路城等）。

2.四旋翼動力學模型的分析：

分析出飛行器在空中運動時，飛行狀態(tài)與各機臂動力間的關系。

3.濾波器設計：

針對傳感器內部低通后輸出數(shù)據(jù)具有滯后性，本項目中，對傳感器采集時不設置內部低通，比較原始信號在四旋翼懸停油門附近與靜止時的頻譜圖，確定因震動產(chǎn)生的傳感器噪聲截止頻率，設計二階巴特沃斯濾波器對噪聲信號進行處理。同時針對姿態(tài)解算與慣性導航主導傳感器不同，本項目中同一量在不同使用條件下的截止頻率也不一樣。

4.姿態(tài)解算：

利用互補濾波、梯度下降、EKF算法完成四元數(shù)的更新，經(jīng)歐拉角轉換得出姿態(tài)的俯仰和橫滾角。本項目中，避免磁力計干擾引起水平姿態(tài)角解算錯誤，磁力計不參與水平姿態(tài)矯正，直接采用一階互補濾波算法獲取飛行器的偏航角。

5.慣性導航：

根據(jù)加速度計比力模型，將三軸加速度計原始數(shù)字量，通過在載體系統(tǒng)到導航系下的旋轉矩陣歸一化處理后，得到導航坐標系下比力加速度，減去重量加速度后，得到用以導航的運動加速度，本項目前期對APM飛控采用的基于經(jīng)典回路反饋法的三階互補方案原理進行了論證與設計實現(xiàn)，接著對豎直位置、速度采用單觀測量的卡爾曼濾波進行慣導融合，接著針對氣壓計觀測傳感器滯后性，導致快速運動時，慣導收斂慢問題，提出了一種帶延時修正的慣性融合算法。目前水平方向慣導融合采用的是雙觀測量帶延時修正的卡爾曼濾波慣導算法，已實現(xiàn)戶外GPS定位下的目標點懸停（相關算法已開源，見個人CSDN博客）。

6.控制器與算法設計：

參考APM、Autoquad整體控制結構基礎上，飛控具有自穩(wěn)、手動、定高、GPS定點、GPS模式下定速巡航等模式，其中姿態(tài)環(huán)采用的是雙閉環(huán)控制，角度環(huán)采用單比例P控制，內環(huán)加速度采用PID控制，其中內環(huán)微分項采用的基于20Hz低通后的微分信號，避免了噪聲對控制器微分的不利因素，增強了控制系統(tǒng)的魯棒性。水平位置控制采用：水平位置+水平速度+水平姿態(tài)（角度、角速度）四環(huán)串級控制，豎直高度采用的是：高度位置+豎直速度+豎直加速度三環(huán)控制，針對傳統(tǒng)飛控大多數(shù)只有兩個控制環(huán)，本項目中加速度反饋信號采用的是5Hz截止頻率數(shù)字低通后得到，避免了加速度噪聲引起控制系統(tǒng)的異常輸出引起油門突變導致的失控。

7.其他綜述：

移植了開源飛控APM里面加速度六面校準算法，并對算法里面的牛頓消元法進行了推導，把加速度計校準模式直接結合遙控器動作位予以實現(xiàn)，方便操作；四旋翼學習期間，很榮幸受高志強老師邀請參加“2017 ADRC冬季研討會：高速精密運動控制”，分享主題為《四旋翼飛行器的自抗擾控制：設計、實現(xiàn)與實例》的演講。

課程背景：

開源飛控技術創(chuàng)業(yè)之路：考慮到對飛控學習而言，國外商業(yè)級飛控APM、PX4/Pixhawk、Autoquad等平臺不適合初學者入門學習。而國內傳統(tǒng)飛控如Crazepony、ANO、Light、INF等隨著創(chuàng)始者們相繼畢業(yè)，工作時間緊，代碼缺乏更新（涉密），以及技術支持不及時等，隨著飛控整個行業(yè)的技術成熟，對從業(yè)者的要求越來越高，在國內開源飛控“青黃不接”的當下，2017年9月，創(chuàng)立了無名科創(chuàng)開源飛控團隊，將個人自研的第一代飛控NamelessCotrunQuad_V1.0進行了程序模塊化、規(guī)范封裝等優(yōu)化，主控板與IMU采用分離式設計，對IMU模塊進行獨立減震處理，主控選用STM32F103RCT6，氣壓計選擇低成本高性能的SPL06（精度媲美MS5611，價格為其1/5）、磁力計選用業(yè)界新款IST8310（DJI Mavic同款），極大的降低了飛控學習成本，結合配套持續(xù)更新的教學視頻與技術博客進行飛控相關技術的講解，贏得的廣大飛控愛好者的青睞與支持，前期自己手工貼片的50套飛控學習板，不到一個星期就已賣斷貨，管理的無名科創(chuàng)開源飛控技術交流群成為當前學習層面，公共交流、活躍度最高的群（群號：540707961），創(chuàng)立首個知識星球飛控技術問答服務。