一、基本概念

• 飛控：飛機(jī)的控制系統(tǒng)，其中硬件包含傳感器部分IMU和控制部分的MCU，軟件部分包含控制算法。

• 俯仰：pitch，繞坐標(biāo)系y軸旋轉(zhuǎn)，想象一下平時的飛機(jī)

• 航向：yaw，繞坐標(biāo)系z軸旋轉(zhuǎn)，想象一下平時的飛機(jī)

• 橫滾：roll，繞坐標(biāo)系x軸旋轉(zhuǎn)，想象一下平時的飛機(jī)

• 陀螺儀：感測角速度，具有高動態(tài)特性， 但是它是一個間接測量角度的器件， 它測量的是角度的導(dǎo)數(shù)， 角速度，要將角速度對時間積分才能得到角度。一般不受外界影響干擾，不過會出現(xiàn)積分誤差的問題。

• 加速度計：感測加速度，包括重力加速度，重力加速度和地理坐標(biāo)系是固連的，因此可以通過這種關(guān)系得到加速度計和地面的角度關(guān)系，但是如果繞著Z軸旋轉(zhuǎn)是不會改變的，也就是無法感知水平旋轉(zhuǎn)。生活中的手機(jī)自動旋轉(zhuǎn)屏幕就用到這個。

• 磁力計：HMC5883L，是利用地磁場來定北極的一種方法,由地球的磁場來感測方向類似與指南針的功能。

• MPU6050：六軸傳感器，集成了3軸陀螺儀和3軸加速度計，還有預(yù)留的IIC接口可以接磁力計，同時含有DMP可以進(jìn)行硬件解算四元數(shù)，而輸出的是通過IIC輸出AD值。

• 慣性導(dǎo)航模塊：IMU,包括陀螺儀，加速度計和磁力計。

• MEMS：微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System),微電子微機(jī)械加工出來的、 用敏感元件如電容、壓電、壓阻、熱電耦、諧振、 隧道電流等來感受轉(zhuǎn)換電信號的器件和系統(tǒng)。

• 氣壓計：MS5611氣壓計主要通過氣壓的變化來感測物體的相對和絕對高度，可以用來定高，尤其是在室內(nèi)GPS不起作用的情況下。

• 姿態(tài)解算：指把陀螺儀、加速度計、磁羅盤等數(shù)據(jù)融合在一起，得出飛行器的空中姿態(tài)。

• 深度解算：也叫長期融合，可以比較準(zhǔn)確得解算出姿態(tài)。

• 快速解算：也叫快速融合，比較粗糙地得到姿態(tài)。

• 四元數(shù)：在無人機(jī)里面四元數(shù)是姿態(tài)的一種數(shù)學(xué)表示方式，也是用的最多的，因為四元數(shù)比較適合組合旋轉(zhuǎn)。在姿態(tài)解算中，一般用四元數(shù)來保存姿態(tài)，也就是用來保存從MPU6050得到的AD值。

• 歐拉角：姿態(tài)的另外一種數(shù)學(xué)表示方式，在姿態(tài)解算中主要用于講四元數(shù)轉(zhuǎn)換成歐拉角，然后用于姿態(tài)解算，姿態(tài)解算的輸入只能是歐拉角。

• 剛體：指在運動中和受力作用后，形狀和大小不變，而且內(nèi)部各點的相對位置不變的物體。

• 地理坐標(biāo)系：地球所在的坐標(biāo)系， 這個坐標(biāo)系是固定不變的， 正北， 正東， 正上方分別表示X， Y， Z軸。

• 無頭模式：四軸的方向是從兩個電機(jī)中間的方向飛

• 有頭模式：四軸的方向是從其中某個電機(jī)的方向飛

二、基本結(jié)構(gòu)

1.動力部分

• 機(jī)架：DJI的F450
• 電機(jī)：有刷電機(jī)和無刷電機(jī)，有刷電機(jī)是指電機(jī)內(nèi)有換相電刷，而無刷電機(jī)是指電機(jī)內(nèi)沒有換相電刷。有刷的定子是永磁體，無刷的定子是線圈，直觀來看是無刷電機(jī)有三個線并配合電調(diào)使用。大四軸一般都是用的無刷，小四軸用的是有刷的空心杯電機(jī)。
• 槳葉：碳纖槳，木槳，注塑槳，相同的電機(jī)和電池， 大KV值用小的螺旋槳， 小KV值用大的螺旋槳
• 電調(diào)：電子調(diào)速器，也叫電機(jī)驅(qū)動模塊，主要是用來控制電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速，通過改變固定線圈內(nèi)部電流的方向， 保證它跟永磁體之間的作用力是相互排斥， 持續(xù)轉(zhuǎn)動得以延續(xù)。
• 電池：航模的鋰電池需要的放電能力強(qiáng)，一般用C來做單位，這是與普通鋰電池的區(qū)別。

2.控制部分

• 飛控：主要是PIXHAWK，其采用的STM32做主控芯片，其中硬件包含傳感器部分IMU和控制部分的MCU，軟件部分包含控制算法
• 通信方式：NRF24L01，藍(lán)牙4.0或者WIFI
• 遙控器：美國手和日本手，美國手是指油門在左邊的搖桿，日本手則相反。注：左手是理智，右手是感情，劍是危險的事物，要用理智來操控。

三、算法分析

姿態(tài)解算是指把陀螺儀、加速度計、磁羅盤等數(shù)據(jù)融合在一起，得出飛行器的空中姿態(tài)，也叫姿態(tài)融合。姿態(tài)解算涉及到傳感器數(shù)據(jù)的讀取和濾波、四元數(shù)與旋轉(zhuǎn)、姿態(tài)解算框架和長期融合。飛行器通過四元數(shù)法從陀螺儀的三軸角速度得到俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)角，這是快速解算，然后結(jié)合三軸磁力計和三軸加速度計得到漂移補償和深度解算。

我們用坐標(biāo)系R來表示地球的坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)系），這個坐標(biāo)系是固定不變的，有X、Y、Z三個軸，同時用坐標(biāo)系r來表示四軸飛行器的坐標(biāo)系。所謂的姿態(tài)解算就是測量坐標(biāo)系r與坐標(biāo)系R的角位置關(guān)系，通過傳感器采集數(shù)據(jù)以及分析測量，最終得到這個關(guān)系。這當(dāng)中用到的數(shù)學(xué)表示方法有歐拉角、四元數(shù)、矩陣和軸角。

姿態(tài)解算可以通過軟件解算和硬件解算來實現(xiàn)。姿態(tài)控制算法的輸入?yún)?shù)必須要是歐拉角。 AD值是指MPU6050的陀螺儀和加速度值， 3個維度的陀螺儀值和3個維度的加速度值， 每個值為16位精度。AD值必須先轉(zhuǎn)化為四元數(shù)，然后通過四元數(shù)轉(zhuǎn)化為歐拉角。這個四元數(shù)可能是軟解，主控芯片（STM2）讀取到AD值，用軟件從AD值算得，也可能是通過MPU6050中的DMP硬解，主控芯片（STM32）直接讀取到四元數(shù)。

四、思考

1.無人機(jī)續(xù)航問題

小四軸最多十幾分鐘，消費級大四軸最多也只有30分鐘。

2.無人機(jī)起飛和下降的滯粘性

無人機(jī)用遙控器起飛的時候會出現(xiàn)不小心油門加大了會突然沖上去，下降的時候也可能松油門過多而一下子下降。因此我們希望能夠飛機(jī)上升的時候，不會因為油門突然加大而突然猛升，也不會因為油門不小心拉低過快導(dǎo)致飛機(jī)快速跌落到地面。

解決方法：

1.數(shù)據(jù)曲線化

將遙控器的值給飛機(jī)后，飛機(jī)不是一下子就輸出，先把這個數(shù)據(jù)曲線再輸出，這可以起到一定的緩沖作用。將數(shù)據(jù)變成向下凹的拋物線，遙控器的油門搖桿取值范圍跟飛機(jī)的油門量有一一映射的關(guān)系。因為拋物線是下凹的，最大值跟最小值是一樣的，而這變化的過程不是線性的，因此可以在一定程度上解決猛升的問題。

2.負(fù)反饋控制

將無人機(jī)的當(dāng)前的加速度值減去當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊鹊揭粋€加速度的差值，然后用當(dāng)前的油門量減去這個差值就可以在一定程度上起到緩沖的作用，但這個方法需要我們知道當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?#xff0c;這個可以通過串口助手進(jìn)行查看，但比較麻煩，我們可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)來學(xué)習(xí)這個最優(yōu)的值，從而實現(xiàn)緩沖的作用。（為什么油門量減去差值？為什么是150*這個差值？）
轉(zhuǎn)自
無人機(jī)基礎(chǔ)知識點總結(jié) - LYX_BlackPearl - 博客園

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的无人机基础知识的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。