小白自学飞控学习笔记（一）

• 飞控的硬件组成
• 主处理控制器
• 二次电源
• 模拟量输入/输出接口
• 离散量接口
• 飞控的稳定控制算法
• 一、飞控 预期目标分析
• 二、内部代码算法

飞控的硬件组成

主处理控制器

主要有通过型处理器(MPU)、微处理器(MCU)、数字信号处理器(DSP)。随着FPGA技术的发展，相当多的主处理器将FPGA和处理器成功能强大的主处理控制器。

二次电源

二次电源是飞控计算机的一个关键部位。飞控计算机的二次电源一般为5V、±15V等直流电源电压，而无人机的一次电源根据型号不同区别较大，要对一次电源根据不同型号不同区别较大，要对一次电源进行变换。现在普遍使用集成开关电源模块。

模拟量输入/输出接口

模拟量输入接口电路将各传感器输入的模拟量进行信号调整、增益变换，模/数(A/D)转换后，提供给微处理器进行相应的处理。模拟信号一般可分为直流模拟信号和交流调制信号两类。模拟量输出接口电路用于将数字控制信号转换为伺服机构能识别的模拟控制信号，包括模/数转换、幅值变换和驱动电路。

离散量接口

离散量输入电路用于将飞控计算机内部及外部的开关量信号变换为与微处理器工作电平兼容的信号。　
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飞控的稳定控制算法

一、飞控 预期目标分析

1. 问题分析：空气气流的不确定性以及运动中的无人机受力相当复杂，4个电机无法仅仅通过设定为同一PWM转速，且无人机应按需求做出相应姿态变换，人为遥控难度极大，为保证无人机处于一个相对平衡的状态需要无人机内部进行调节
2. 解决思路：
   硬件上通过加速度传感器、磁传感器、倾角传感器、电流传感器 、惯性测量单位等传感器获取所需信息，反馈给飞控，对比理论需求与实际数据差异，内部实现自我调整。
   传感器详细功能及参见此链接

二、内部代码算法

1. 捷联式惯性导航系统
   惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）直接装在飞行器、舰艇、导弹等需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上，用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。现代电子计算机技术的迅速发展为捷联式惯性导航系统创造了条件。
   捷联式惯性导航系统 在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏，是一种自主式导航系统。捷联式惯性导航系统与平台式惯性导航系统比较有两个主要的区别：①省去了惯性平台，陀螺仪和加速度计直接安装在飞行器上，使系统体积小、重量轻、成本低、维护方便。但陀螺仪和加速度计直接承受飞行器的振动、冲击和角运动，因而会产生附加的动态误差。这对陀螺仪和加速度计就有更高的要求。②需要用计算机对加速度计测得的飞行器加速度信号进行坐标变换，再进行导航计算得出需要的导航参数（航向、地速、航行距离和地理位置等）。这种系统需要进行坐标变换，而且必须进行实时计算，因而要求计算机具有很高的运算速度和较大的容量。
2. 卡尔曼滤波算法

卡尔曼滤波（Kalman filtering）一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。由于观测数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程。 简书相关资料链接
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3. 飞行控制PID算法
公式：PID=Pe(n)+I[(e(n)+e(n-1)+…+e(0)]+D*[e(n)-e(n-1)]

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