【设计技巧】微型四旋翼飞行器设计经验之谈

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在正式开始记录微型四旋翼飞行器设计的学习笔记之前，感觉自己很有必要先给自己一个总结，也希望能够帮到更多的朋友少走弯路（虽然不知道帮助大不大）。去年九月下旬开始了微型四旋翼飞行器的学习与设计，在

在此真心要感谢喵呜实验室的开源四旋翼项目，我最初的学习标杆就是在参考喵呜实验室的小四轴。当然，也有很多朋友参考匿名，圆点博士等等，都是可以的，本人也对比参考了一部分。感谢这些团队的开源精神。在开始之前，先吐槽！！！！！！！！！！！！！！！

老古董打脸不？谁告诉你8位机的PWM计数周期只有256？高速八位机PWM不光是15位的，而且还是硬件PWM，非常好用。不吐槽了，毕竟是负能量，说句公道话。如果是进阶的朋友，需要搞更复杂的功能，比如机器视觉啊，更复杂的算法啊之类的，傻子都知道当然还是选择ARM内核的啦。对于初学者，想学习基本算法，实现基本的飞行，不搞那些高端的玩意的盆友，相信我，这款8位机足够让你快速开发四旋翼的软件了，而且能够节省很多时间用来学习算法！根据需求不同，大家合理选择芯片，才是最好的。千万不要像我们系的老古董一样，喜大好功。

以下是经验谈！！！！！！！！

一、四旋翼的学习核心在什么地方？这个问题我觉得是每一个想学习四旋翼的盆友都要考虑明白的，四旋翼是一个非常综合的项目，涉及到了很多专业知识，甚至于非电子专业的知识。因此我们在学习之前，必须先搞清楚我们学习的核心在什么地方？如果学习四旋翼，只是为了学习硬件编程，电路设计，配置一些寄存器，调试一下IIC通讯，无线通讯之类的，那么我觉得，这些还不足以是四旋翼学习的核心所在。我个人认为，四旋翼学习的前期，是上面说的到那些部分，需要认真对待，好好调试。但是到了后期，等这一切都完成了，真正的核心应该回归到算法上。如果说硬件电路是骨骼，那么算法就是是一个控制系统的灵魂所在。

以微型四旋翼飞行器来说，核心算法大概分为两个部分：姿态解算算法与控制算法。其中姿态解算算法是核心中的核心！它在很大程度上决定了四旋翼飞行的准确性与稳定性！试想，如果飞行器无法正确计算出自己飞倾角，那么再好的控制算法也无法使之保持稳定。

因此，有很多盆友跟我说，做四旋翼，主要就是调PID，我只能说你们太不踏实了。我参考了好多个团队代码，真正的姿态解算的核心部分大家几乎都用的是同一个IMU.C文件，其实这样也无所谓，问题的关键是，不能只是调用人家的核心算法，在调通代码的基础上，一定要深入了解这个算法是如何把姿态正确计算出来的!知其然一定要尽可能的去知其所以然，否则学到头，自己依然只是会配置个寄存器，控制外设而已，那么这样一来，好像做四旋翼与不做四旋翼并没有本质的提升，因为输出PWM，配置个中断，调试个通讯协议，开发板就能做到，还需要四旋翼干什么？对于控制部分的算法来说，用的最广泛的就是PID控制了，在此我还是很想跟即将开始设计四旋翼的童鞋们来说，PID控制不应该只是会调试参数。我们应该尽可能的去理解自动控制原理，去理解反馈的感念，去理解为什么四旋翼上最常用的是串级PID而不是单级PID。这些内容推荐入门的盆友稍微学习一下《自动控制原理》（胡寿松）会有很多好处的。上一次的一个文章是以温度系统为例，利用Simuink来仿真对比一下不同PID的效果，为的就是能够动手感受一下不同PID不同参数下的响应特点，使学习PID控制有一个感性的认识。

]二、设计制作四旋翼有什么快速上手的方法？

这个问题应该也是出初学者最头疼的问题，市面上飞行器一大堆，航模级别的飞控更是一抓一大把。打着开源旗号的飞控也是很多，但是航模级别的飞控只适合玩，真正想学习的话，

我想，能够来尝试四旋翼的盆友，至少都是有软硬件设计基础的，排除什么都不会的真小白，下面我就假设所有的盆友都已经有基础了，以此来谈谈我认为应该从什么地方开始动手。四旋翼飞行器的核心前面已经说过了，是姿态算法。所以上手四旋翼的第一步，首先应该明确姿态传感器，我想大家一般都选用的是MPU6050，所以我就用它来说。首先在设计之初，至少需要利用IIC通讯，读取出6050传感器的数据，并且去学习读取出的数据如何转化成我们需要的真实数据单位。这一步我认为是最关键的，因为只有传感器的数据读取准确了，才能使后续算法的计算有一个稳定的数据来源。因此学习四旋翼的第一步，应该是搞定MPU6050！搞定6050传感器其实是有很多技巧的，比如最重要的数据手册，必须要了解其中关键的一些部分，比如量程的选择，精度的选择，速度的配置等等。IIC通讯也是比较头疼的比个地方，尤其是在电平时间的控制上，很容易出现问题。因此需要花时间去试错。调着调着经验就有了。

]四、如何高效设计四旋翼飞行器的软件程序？

这个问题其实对于任何一个系统来说都是适用的，因为有盆友问过我这个问题，在设计飞行器某一个部分的程序的时候，出现问题无法及时确定出问题所在，或者无法正确排除没有出问题的部分。所以单独把这个小问题拿出来说说，本人也是个渣渣半吊子，在这方面没什么真正有用的经验，我的一贯方法是：分模块各个击破！对，很传统的方法，但是我觉得比较适合自己。举个栗子总结不一定有用的一些经验和吐槽，但愿能够帮助到一些朋友吧。后续继续总结，慢慢更新相关部分的学习笔记。

乔梁 · 2019-10-5 23:31:58

可以学学看谢谢

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