基于px4架構(gòu)的算法設(shè)計(jì)

在眾多無人機(jī)類型中，四旋翼因其具備垂直起降、穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)相對簡單等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前，無論是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界，關(guān)于四旋翼的研究都在不斷深入，關(guān)于四旋翼的拓展運(yùn)用不斷增加。因此，學(xué)習(xí)與研究四旋翼相關(guān)的技術(shù)有著良好的實(shí)用價(jià)值。

學(xué)習(xí)四旋翼，首先必須具備一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)平臺。

對于初學(xué)者，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，往往難以合理地選擇與搭配各個(gè)模塊，容易忽略主次。例如，對于機(jī)架，首先要考慮的就是強(qiáng)度，因?yàn)檫@直接關(guān)乎無人機(jī)的振動，而振動影響傳感器數(shù)據(jù)質(zhì)量，數(shù)據(jù)質(zhì)量影響最終的控制效果；其次要考慮的是是否安裝方便，例如有的無人機(jī)使用圓形碳纖管作為機(jī)臂，這樣很難將電機(jī)安裝水平，最終也會影響無人機(jī)的控制效果。

無人機(jī)底部示意圖

電機(jī)與電調(diào)也是至關(guān)重要的，廉價(jià)的電機(jī)電調(diào)往往不僅容易燒壞，而且炸機(jī)后是否容易軸偏，導(dǎo)致無人機(jī)動力不平衡。

電調(diào)連接

此外，這些電機(jī)電調(diào)還有看不到的缺陷，例如響應(yīng)不夠平滑，響應(yīng)延遲大等。相反，一套優(yōu)異的動力系統(tǒng)不僅能保證無人機(jī)的高性能，還能使用很久，免去維修所用的時(shí)間。

除了機(jī)架、電機(jī)與電調(diào)，螺旋槳與電機(jī)的匹配，選4S還是6S鋰電池等也很有講究。飛控與傳感器更是需要長期使用的經(jīng)驗(yàn)才能做出合適的選擇。

此處針對學(xué)習(xí)與對科研場景，采用優(yōu)質(zhì)飛行套件，推出一個(gè)高性能的微型四旋翼平臺——「御風(fēng)250」。

御風(fēng)250」無人機(jī)「

「御風(fēng)250」具備三大方面的優(yōu)勢，一是模塊選型、二是仿真套件、三是課程支持。

首先，「御風(fēng)250」通過選擇合適的模塊，機(jī)架采用寬邊X型布局，軸距225mm，總質(zhì)量600g，續(xù)航21分鐘?！赣L(fēng)250」支持PX4固件，配備的傳感器為IMU、磁力計(jì)、氣壓計(jì)、GPS、光流與激光測距模塊，支持室內(nèi)外定點(diǎn)穩(wěn)定懸停。

該無人機(jī)的優(yōu)勢見下表：

其次，提供該無人機(jī)的模型參數(shù)與對應(yīng)的Gazebo仿真環(huán)境。

此處提供無人機(jī)的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、油門拉力曲線與升力系數(shù)等物理量，擁有這些參數(shù)，就可以在仿真環(huán)境中搭建對應(yīng)的無人機(jī)模型。

擁有仿真環(huán)境，一方面可以驗(yàn)證控制邏輯。通過在仿真環(huán)境中測試，消除自身算法邏輯問題，仿真通過再將代碼下載到實(shí)物平臺，有效降低炸機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。另一方面可以驗(yàn)證控制算法，在新設(shè)計(jì)一種控制算法時(shí)，往往很難知道參數(shù)大致為多少，數(shù)量級有時(shí)都很難確定，通過在仿真環(huán)境里調(diào)節(jié)，降低人力物力成本。其實(shí)，當(dāng)模型參數(shù)精度較高時(shí)，甚至可以根據(jù)理論得到參數(shù)的合理范圍，極大提高設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)際的跨越。

審核編輯：黃飛

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