无人机飞行控制逻辑以及不稳定原因分析

参考链接

知乎：无人机行业那点事

控制器 ：

无线信号

由遥控器发射机通过2.4G无线信号将遥控指令传送给接收机，接收机收到指令后，发送给飞控.
飞控会将接收到的指令信号，传给电调。电调接收到指令后，会通过控制电压的变化控制电机进行相应的加减速。
电机上会固定螺旋桨。这整个就是常见的控制链路。也就是遥控器发射机–遥控器接收机–飞控—电调—电机+桨。

地面站

地面站（PC版本的地面站，或者是移动端的APP）—通过数据线，或者是OTG线连接数传地面端，地面端通过无线传输讲地面站指令或者是设置好的规划路径传输给数传天空端，数传天空端收到信号后，一般是由串口讲信号指令传输给飞控，飞控接收到信号后做出处理，将处理信号传递给电调、电调会将接收到的信号，变为控制电机的信号，控制电机加减速。这样就完成了整个控制链路。

飞控传感器：

气压计

  • 首先是气压计，理论来讲在海拔3000米以内,大约每升高10米,大气压减小100Pa、气压计是通过测量气压的变化，来判断高度的变化.

IMU惯性测量单元

  • 用在我们无人机上就是用于测量高度。IMU惯性测量单元，包含加速度计和陀螺仪
加速度计
  • 加速度计主要是测量加速度，加速度与时间的一次积分是速度。加速度与时间的两次积分是距离，故加速度计主要用于用于测量速度和距离的.
  • 也就是说加速度计主要是用来测量飞机飞的有多块，飞的距离有多远，同时也可以检测震动加速度有多大。
陀螺仪
  • 陀螺仪主要是测量角速度和角度也就是飞机转的有多块，转了多少角度。

GPS

  • GPS定位模块，首先我们讲一下GPS的工作原理，卫星中有一个原子钟，同时所有的卫星会向GPS接收机也就是我们说的GPS模块发射一个信号。众所周知光速是不变的，GPS通过接收到卫星的时间与原子钟卫星的时间做比较，在空间坐标系中判断自己的位置，投影到地球坐标系中，就变成了我们的经纬度，同时也可以测量相对于起飞位置的高度变化。这样我们就很好理解GPS信号受到干扰了，遮挡信号会使得信号变弱或者是接收到的是反射信号，每一个位置的反射信号都不同，所以我们常看到在两个楼宇之间飞机GPS模式也很难定住位置。GPS定的位置会一直飘动。

磁罗盘

  • 磁罗盘主要是用来确定飞机方向，gps定的位置很精准，但是没有磁罗盘，飞机就会找不着北。所以磁罗盘在受到干扰的时候，飞机画圈会越画越大。
  • 当然我们还会用到一些其他的传感器，比如毫米波雷达主要起辅助定高作用、RTK精准定位作用等等

多旋翼其他传感器

  • 当然对于飞行器来说，要想能够稳定飞行，要满足一定的力学平衡，多旋翼也不例外，对于多旋翼来说，抓要是满足正扭矩与反扭矩的平衡，在悬停的时候满足生理与重力的平衡。

总体来说，多旋翼飞机，通过控制链路完成信号传递，飞控通过传感器测量数值的变化来感知自身的变化，然后将控制信号传递给电调， 调控电机的转速来满足一定的力学平衡。

姿态稳定分析：

第一种情况，起飞后，姿态模式往一个方向飘；

首先我们先要了解，姿态模式GPS是不参与工作的，换句话说，飞机在姿态模式下无法实现悬停，理想情况下除外。其次姿态模式往一个方向飘，

缺少居中信号
  • 第一、从控制链路来说，是不是遥控器遥感没有居中给他一个输入信号。
陀螺仪未校准
  • 第二，从传感器角度来讲，是不是飞控的陀螺仪原始水平位置与飞机平面位置不一致，也就是我们常说的没有校准水平。
电机转速不平衡
  • 第三，从力学平衡的角度来讲，是不是电机的转速不平衡导致的。也就是我们常说的电机不水平。
其他轻微扰动
  • 第四，如果是轻微的飘动，速度不是很快地情况下正常装机情况下，是姿态模式的正常反应。这几种情况都是可能的原因，具体确定哪一种问题需要我们通过排除法测试，去确认具体是哪一种原因导致的问题。

第二种，起飞后，gps模式往一个方向飘；

第二种，起飞后，gps模式往一个方向飘；

遥控器缺失

首先GPS模式GPS是参与工作的，遥控器是不是没有居中，尤其是微调，如果没有居中会一直给飞控一个信号，这样飞机就会向一个方向飘。

GPS信号受到影响

第二，gps信号丢失或者是GPS信号受到影响，导致gps位置漂移。

第三种：起飞后，姿态模式稳定，一切到GPS模式就会画圈；

磁盘干扰

这种情况很常见，基本都是由于磁罗盘受到干扰引起的。

第四种：起飞后，姿态模式和GPS模式都自旋；

电机安装不水平

这种情况也是比较常见的，基本是由于电机不水平导致的。悬停时如果电机安装比较水平，正转方向与反转方向电机转速应该基本一致。
但是如果电机安装不水平，会导致电机正转与反转输出不一致。如果超过一定的平衡范围，会导致飞机自旋。不管是在什么模式下都会自旋。解决方式，重新调整电机水平。

第五种：飞行走不了直线（s线、直线但与机头方向不一致）；

GPS受到干扰

原因，
1、gps受到干扰导致在飞行过程中，走S线。解决方式；重新校准磁罗盘。
2、gps走的是直线但是与机头方向不一致，这种情况可能是由于GPS安装方向与飞控安装方向不一致导致的。
解决方式：将gps旋转一定的角度与飞控安装方向保持一致。

第六种：起飞后姿态高频抖动/低频晃动；

轴距较小

这种情况也是比较常见的，这种都是由于感度调节不对导致的。
一般情况下对于拓攻飞控来说，低频晃动时，将姿态感度和稳定感度同时加大。高频抖动，将姿态感度和稳定感度同时减小。
对于手感来说，一般选择轴距比较小，相应速度比较快，反应在手感上就是比较跟手。选择轴距比较大，响应速度比较慢，反应在手感上来说是不跟手。

第七种：起飞后飞机晃动很厉害，幅度很大，无法自稳，调感度也没有用；

这种情况几种原因，但都是跟震动有关

飞机震动超IMU测量范围

第一飞机本身震动比较大，超出了IMU测量的范围。这种情况会导致晃动非常大，无法自稳。反应在黑匣子中是24列数值超过4，37列数值超过100.解决方式，检查飞机连接部位与螺丝部位，是不是有松动。桨叶是否有损坏等；

飞控下的减震板是否导致IMU延缓

第二种检查飞控下面是否安装了减震板，由于拓攻飞控本就内置了减震，所以不需要二次减震。如果二次减震，会导致IMU测量值有延缓，导致飞机过调或者是调控量不足，反应在飞机上就是晃动非常大，最终导致不稳定，或者是炸机。这种情况黑匣子数据中，24列和37列的数值都在范围内。第三种情况遥控器会有跳舵，这种情况一般显示在黑匣子中是遥控器输入项，41-48列，输出混乱出现频繁骤变的情况。

第八种：起飞后大动作或者大载重蹿高；

这种情况同样也是由于震动导致的，前面我们已经说过，IMU是测量加速度的，震动系数同样也可以用加速度表示。

震动过大超出了IMU测量值

尤其是大载重的时候，震动如果明显增大，如果超出IMU的测量值，飞机就会蹿高。解决方式，检查飞机结构件之间的连接。检查螺丝是否松动。检查桨叶是否破裂或者损坏等。

第九种：姿态模式飞行稳定、gps模式飞行姿态不稳，小动作很多。

这种情况，也是比较常见的。姿态模式用的传感器比较少，只有IMU在工作，所以干扰因素也会比较少，基本情况只要是震动不是很大操作和飞行姿态都会反应良好。但是GPS模式下，使用所有的传感器。所以在gps模式下也会觉得反应速度比较慢，也就是手感比较肉。小动作多可能原因

各个传感器影响

1、gps搜星不稳定，会有跳星的情况。
2、磁罗盘受到干扰，也会导致小动作。
3、桨间距不合适，会导致气流相当紊乱，最终引起的是飞行不稳定，也会导致小动作比较多。这种情况要多试，最终选择出合适的轴距。
4、遥控器会有跳舵，飞控接收到的信号也会一直变化，最终引起飞行不稳定，小动作特别多