無名創(chuàng)新開源飛控進(jìn)階學(xué)習(xí)

本套課程主要內(nèi)容：（持續(xù)更新）

1.獨(dú)立完成飛行器所有代碼編寫、調(diào)試、硬件電路制作和機(jī)械結(jié)構(gòu)組裝：

完成的飛行器主要有迷你四旋翼、250機(jī)型、330機(jī)型、F450機(jī)型四旋翼，同時(shí)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(gè)人github頁(yè)、電路城等）。

2.四旋翼動(dòng)力學(xué)模型的分析：

分析出飛行器在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)，飛行狀態(tài)與各機(jī)臂動(dòng)力間的關(guān)系。

3.濾波器設(shè)計(jì)：

針對(duì)傳感器內(nèi)部低通后輸出數(shù)據(jù)具有滯后性，本項(xiàng)目中，對(duì)傳感器采集時(shí)不設(shè)置內(nèi)部低通，比較原始信號(hào)在四旋翼懸停油門附近與靜止時(shí)的頻譜圖，確定因震動(dòng)產(chǎn)生的傳感器噪聲截止頻率，設(shè)計(jì)二階巴特沃斯濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行處理。同時(shí)針對(duì)姿態(tài)解算與慣性導(dǎo)航主導(dǎo)傳感器不同，本項(xiàng)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(bǔ)濾波、梯度下降、EKF算法完成四元數(shù)的更新，經(jīng)歐拉角轉(zhuǎn)換得出姿態(tài)的俯仰和橫滾角。本項(xiàng)目中，避免磁力計(jì)干擾引起水平姿態(tài)角解算錯(cuò)誤，磁力計(jì)不參與水平姿態(tài)矯正，直接采用一階互補(bǔ)濾波算法獲取飛行器的偏航角。

5.慣性導(dǎo)航：

根據(jù)加速度計(jì)比力模型，將三軸加速度計(jì)原始數(shù)字量，通過在載體系統(tǒng)到導(dǎo)航系下的旋轉(zhuǎn)矩陣歸一化處理后，得到導(dǎo)航坐標(biāo)系下比力加速度，減去重量加速度后，得到用以導(dǎo)航的運(yùn)動(dòng)加速度，本項(xiàng)目前期對(duì)APM飛控采用的基于經(jīng)典回路反饋法的三階互補(bǔ)方案原理進(jìn)行了論證與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，接著對(duì)豎直位置、速度采用單觀測(cè)量的卡爾曼濾波進(jìn)行慣導(dǎo)融合，接著針對(duì)氣壓計(jì)觀測(cè)傳感器滯后性，導(dǎo)致快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣導(dǎo)收斂慢問題，提出了一種帶延時(shí)修正的慣性融合算法。目前水平方向慣導(dǎo)融合采用的是雙觀測(cè)量帶延時(shí)修正的卡爾曼濾波慣導(dǎo)算法，已實(shí)現(xiàn)戶外GPS定位下的目標(biāo)點(diǎn)懸停（相關(guān)算法已開源，見個(gè)人CSDN博客）。

6.控制器與算法設(shè)計(jì)：

參考APM、Autoquad整體控制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，飛控具有自穩(wěn)、手動(dòng)、定高、GPS定點(diǎn)、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(nèi)環(huán)加速度采用PID控制，其中內(nèi)環(huán)微分項(xiàng)采用的基于20Hz低通后的微分信號(hào)，避免了噪聲對(duì)控制器微分的不利因素，增強(qiáng)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(jí)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(duì)傳統(tǒng)飛控大多數(shù)只有兩個(gè)控制環(huán)，本項(xiàng)目中加速度反饋信號(hào)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(dǎo)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(zhǔn)算法，并對(duì)算法里面的牛頓消元法進(jìn)行了推導(dǎo)，把加速度計(jì)校準(zhǔn)模式直接結(jié)合遙控器動(dòng)作位予以實(shí)現(xiàn)，方便操作；四旋翼學(xué)習(xí)期間，很榮幸受高志強(qiáng)老師邀請(qǐng)參加“2017 ADRC冬季研討會(huì)：高速精密運(yùn)動(dòng)控制”，分享主題為《四旋翼飛行器的自抗擾控制：設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與實(shí)例》的演講。

課程背景：

開源飛控技術(shù)創(chuàng)業(yè)之路：考慮到對(duì)飛控學(xué)習(xí)而言，國(guó)外商業(yè)級(jí)飛控APM、PX4/Pixhawk、Autoquad等平臺(tái)不適合初學(xué)者入門學(xué)習(xí)。而國(guó)內(nèi)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(shí)間緊，代碼缺乏更新（涉密），以及技術(shù)支持不及時(shí)等，隨著飛控整個(gè)行業(yè)的技術(shù)成熟，對(duì)從業(yè)者的要求越來越高，在國(guó)內(nèi)開源飛控“青黃不接”的當(dāng)下，2017年9月，創(chuàng)立了無名科創(chuàng)開源飛控團(tuán)隊(duì)，將個(gè)人自研的第一代飛控NamelessCotrunQuad_V1.0進(jìn)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(shè)計(jì)，對(duì)IMU模塊進(jìn)行獨(dú)立減震處理，主控選用STM32F103RCT6，氣壓計(jì)選擇低成本高性能的SPL06（精度媲美MS5611，價(jià)格為其1/5）、磁力計(jì)選用業(yè)界新款I(lǐng)ST8310（DJI Mavic同款），極大的降低了飛控學(xué)習(xí)成本，結(jié)合配套持續(xù)更新的教學(xué)視頻與技術(shù)博客進(jìn)行飛控相關(guān)技術(shù)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(xué)習(xí)板，不到一個(gè)星期就已賣斷貨，管理的無名科創(chuàng)開源飛控技術(shù)交流群成為當(dāng)前學(xué)習(xí)層面，公共交流、活躍度最高的群（群號(hào)：540707961），創(chuàng)立首個(gè)知識(shí)星球飛控技術(shù)問答服務(wù)。