歌尔声学气压传感器获得突破 歌尔声学 MEMS 差异化竞争

除了定高的部分，其他没看的还有一些控制函数。

定高的原理的话，也是利用了两级pid，

按照原本的理解，从外环开始看的话，反馈高度比较容易获得，就是激光测距得到的高度。期望高度好像无法得到。内环的话，期望速度是外环的输出，实际速度不知道怎么测得的，应该是高度的微分，等下仔细看看。

说期望高度“无法得到”，是因为没有必要，或者说我们通常不这么做。

首先是因为我们通常不使用定高在某个高度这个功能（吧），而是通常利用一键起飞，飞起来后再控制无人机能够按照一定的速度，去上升和下降。

然后从控制效果的角度看，如果按照我们通常的两级pid的控制思路：期望高度是我们给定的高度，反馈高度是我们测得的高度，利用pid可以得到期望速度，再利用这个期望速度结合实际速度，可以得到我们应得的加速度，也就是电机输出量。这也许可以达到定高的目的（而且是在不考虑最初期望高度和反馈速度的巨大偏差可能带来的不稳定的情况下），但会使我们丧失对飞机运动的控制：因为我们常常需要飞机上升或者下降，通常这个需求是在控制中被作为期望速度输入。但看上述的控制过程，我们会发现期望速度会由外环给出，我们不能对它赋值以实现控制。
这种情况下想要实现飞机的上升和下降，就只能去改变飞机的期望高度，而且我们很难去控制它的速度，这当然是我们不想要看到的。

为什么角度环没有遇到这种问题？这是一个较为细微的概念，对于初学者对于控制的原理和过程不明确，就不太容易理解。原因在于，我们对无人机的控制需求大体只有转向、左右、前后、上下移动，这也是遥控器上的那两个东西所能控制的部分。

我们实现前后左右移动，也就是想要飞机达到我们期望的前后左右方向的速度，只要使飞机的pitch和roll保持固定的角度就可以，想要前进，就让pitch增大，而且想要前进的速度越大，pitch就要越大。因此在角度环，我们外环是角度，用期望速度换算成期望角度、内环是角速度，得到电机输出量，就可以实现稳定或者移动。

但上下就不同了。我们要想实现一定的上下速度，速度本身就是目标值。对应角度环的话，这个速度应该对应角速度。

那问题来了，为什么我们不直接使用一个环呢？只用速度环按道理来讲就可以实现以指定速度上下移动了吧。原因就在于。。。还不知道怎么去表述，但原因之一应该跟起飞降落有关。

对于高度控制的头文件，定义了如下函数，内容很简单：
高度环控制和pid初始化、高度速度环控制和pid初始化

我们先看这个串级pid：
参数初始化就不说了，其实也不是很懂。

先调用了自动起飞/降落任务，

这个 fs.alt_ctrl_speed_set速度，就是我们的实际期望速度，为什么叫实际期望速度？就是说它是由两个速度相加：
这个速度是程序或者用户对飞机的控制指令，包括那三个东西相加。

一键起飞功能给出的速度，等下详细看一键起飞这些功能。

对期望高度和反馈高度赋值。

如果此时的期望速度不为零，那么也就是说还在上升或者下降，那么这个标志为就置零，也即是说现在不是在定高状态。

否则，期望速度位为零了，也就是说需要高度不会再变了，同时对于位置环，期望速度与实际速度差别很小了，那么就置位这个标志位。

如果taking_off标志位有效，那么说明飞机已经起来了，那么就执行pid，否则，认为飞机在地上，也就没有速度。期望值等于反馈值，所需速度也就为0.

反馈和期望速度赋值，注意这里的期望速度，两个值相加，应该是用于修正。

如果起飞了，那么 err_i_comp就赋值这个，否则，飞机在地上，err_i_comp就为0。
这个err_i_comp应该也是修正用的。

接下来就是看看非常混乱的一键起飞/降落了。。。。
非常混乱，是因为这个相关的代码有好几个，不知道怎么控制的，尝试分析一下。。

先是注意到了高度控制的那个文件里，有一个自动起飞降落任务：

进去之后还有一个一键起飞降落任务：

先看这个一键起飞任务：

对one_key_taof_start进行判断，如果不是0，那就++，加到1400了，同时电机准备好了，就把one_key_taof_start清零。如果此时起飞降落标志位为起飞无效，那么就把状态改为起飞，taking _off=1。

也就是说，解锁之后等待1.4s，且状态为起飞无效，那么就把状态设置为起飞。

再看上一个任务：自动起飞降落任务
先执行了一键起飞任务，然后判断：

如果解锁，且taking _off有效，那么如果起飞无效，就改成有效。

如果自动起飞有效了，那么设置自动起飞速度。自动起飞流程有两个退出条件：
1、自动起飞流程运行的时间大于5s，或者满足高度。
2、自动起飞流程运行的时间大于2s，且用户在控制油门。
满足这两个条件之一，都认为自动起飞已经完成。

否则，自动起飞无效（还没飞或者已经会玩），就不计数。
如果已经飞完，那么把自动速度设为零。

如果状态是自动下降，就给一个自动下降速度。

除此之外还有一个一键起飞函数：

上述这三个有控制关系，一般来讲，只要调用函数one_key_take_off（），且已经解锁了，一键就可以起飞。

嗯，飞行就讲到这里，还有一个问题就是，期望高度如何去设定，等看看遥控器程序再回来解答。接下来的任务就是如何编写控制函数了。。。orz会不会太难了啊唉

每次别人手里拿着遥控器时，看着无人机在空中自由飞翔，真是太酷了。但是你知道无人机是如何工作的吗？

2.2 飞控系统组件模块

3.2 无人机工作原理

无人驾驶飞行器（UAV），又称无人机，是一种由无线电遥控设备和自身的程序控制装置操作，或完全或间歇地由机载计算机操作的无人驾驶飞机。

无人机不仅广泛应用于航拍、农业、植物保护、微型自拍、快递运输、灾害救援和野生动物观察等领域，还用于测绘、传染病监测等。

无人机由机身、飞行控制系统、数据链系统、发射回收系统和电源系统组成。飞行管控系统相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据可靠性、准确性和实时性具有重要影响，对其飞行性能具有决定性作用。

飞控系统是无人机的核心控制装置，相当于大脑。是否安装飞控系统也是区分无人机和通用航空机型的重要指标。

经过早期的遥控飞行，其导航和控制方式已发展为自主飞行和智能飞行。导航模式的改变对飞控计算机的精度要求更高，任务复杂度的增加对计算机的计算能力要求更高。小型化不仅对飞控计算机的功耗和体积提出了很高的要求，而且要求体积小，移动性好。高精度不仅要求计算机控制精度高，还需要有运行复杂控制算法的能力。

2.2 飞控系统组件模块

飞控系统实时采集各传感器测得的飞行状态数据，并从地面测控站的通信信道接收无线电测控终端发送的控制指令和数据。

计算后，将控制命令输出到执行机构，实现对无人机各种飞行模式的控制，实现对任务设备的管理和控制；同时将无人机的状态数据和发动机、机载供电系统和任务设备的运行状态参数实时传输到机载无线电数据终端，然后通过无线电下行信道回传给地面监测站。

根据功能，飞控系统的硬件包括：主控模块、信号调理及接口模块、数据采集模块、伺服驱动模块。

将各个模块组合成一个飞行控制系统，其核心是主控模块，与其他模块结合，满足一系列小型无人机的飞行控制和飞行管理的功能需求，只需要修改软件和只需修改外围电路即可。从而可以通过多个模型使用一个开发的系统来降低系统开发成本。系统的主要功能如下：

(1)多路模拟信号高精度采集， 包括陀螺信号、航向信号、舵角信号、发动机转速、气缸温度信号、动静压传感器信号、电源电压信号。由于CPU自身A/D的精度和通道数的限制，使用了额外的数据采集电路，其片选和控制信号由EPLD中的解码电路产生。

(2) 输出信号状态。输出切换信号、模拟信号和PWM脉冲信号，可适应不同执行器的控制要求，如舵机、副翼舵机、升降舵机、气道和油门舵机等。

(3)多通道通信。 与车载数据终端、GPS信号、数字传感器和相关任务设备的通信是通过使用多个通信通道来实现的。由于CPU自身SCI通道配置的串口不能满足系统需求，设计采用多串口扩展芯片28C94扩展8个串口。

MCU（Microcontroller Unit）就是适当降低中央处理器的频率和规格，将存储器、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA、甚至LCD驱动电路等外围接口集成在单片机上。单个芯片，形成不同应用的不同组合的芯片级计算机。MCU在无人机的飞行系统中很重要。MCU在飞行系统中扮演着重要的角色。

3.2 无人机工作原理

无人机要实现可控/自主飞行，主要需要完成姿态控制、拍摄/测量、信息存储/传输、环境感知（防撞）。自动控制原理的一个起点是闭环反馈控制，即在应用输入调整后，测量控制量的变化并调整反馈输入，直到控制量达到目标值。

比如给无人机设置一个航迹，在飞行过程中实时测量飞行位置偏离航迹，进行相应的偏航修正。环境感知是利用各种传感器（光学摄像头、超声波等）来检测无人机轨迹上的障碍物，如建筑物、桥梁等，并进行机动规避。

无人机垂直移动并使用转子前进和停止。力的相对性质意味着当转子推动空气时，空气也将转子推回。这就是无人机可以升降的基本原理。此外，转子旋转得越快，升力就越大，反之亦然。要将无人机向右转，需要降低旋翼 1 的角速度。虽然旋翼1的推力不足会导致无人机改变运动方向，但向上的力不等于同时向下的重力，所以无人机下降。

无人机是对称的，它也适用于横向运动。四轮无人机的每一面都可以是正面，所以如何向前说明如何向后或向侧面移动。

飞行控制系统在无人机中的作用相当于有人驾驶飞机中驾驶员的作用。我们认为飞行控制系统是无人机中最重要的核心技术。飞控系统一般包括传感器、机载计算机和伺服驱动装置三部分。功能主要包括无人机姿态稳定与控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。

除了MCU，无人机还需要陀螺仪、加速度计、地磁感应、气压传感器、超声波传感器、光流传感器、GPS模块等相互配合才能完成飞行。IMU 感知飞机在空中的姿态，并将数据发送到主处理器 MCU。主处理器MCU会根据用户操作指令和IMU数据，通过飞行算法控制飞行器的稳定运行。

由于需要计算的数据量很大，需要非常实时的控制，MCU的性能也决定了飞机能否稳定灵活地飞行。

1、无人机的工作原理是什么？

Multi-Rotor 的工作原理是力的相对性质，这意味着当转子推动空气时，空气也会将转子推回。这是多旋翼可以升降的基本原理。此外，转子旋转得越快，升力就越大，反之亦然。

2. 无人机使用WiFi还是蓝牙？

今天的大多数无人机都支持 Wi-Fi，因此它们可以将视频广播到计算机、平板电脑或智能手机。一些无人机还使用 Wi-Fi 通过平板电脑或移动应用程序进行远程控制。

3. 无人机如何与控制器通信？

无人机控制器通过从遥控器向无人机发送无线电信号来工作，该信号告诉无人机该做什么。无线电信号从无人机控制器中的无线电发射器发出，并由无人机的接收器接收。

4. 无人机如何前进和后退？

俯仰：以与滚动相同的方式向前和向后倾斜您的四轴飞行器。通过调整俯仰角，您的无人机将在前部下垂导致其前进，或在后部下垂导致其后退。偏航：从左到右旋转飞机的机头。

5. 无人机有什么用？

无人机可用于收集医疗样本、物资和药品，并将其运送到灾区偏远或无法到达的地区。无人机还可以使用红外传感器通过其热特征来检测人类，这有助于搜索和救援场景。

6. 无人机能飞多远？

虽然玩具无人机的射程可能约为 20 至 100 码，但高端消费无人机的射程约为 2.5 至 4.5 英里（4 至 8 公里）。中级消费级无人机的航程通常约为 0.25 至 1.5 英里（400m – 3km）。

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