无人机飞控系统

近年来，无人机的热度持续上升，其中推动行业发展的重要力量来自中国的[DJI大疆公司]。

大疆公司的贡献

大疆之所以能够引领行业发展，主要归功于其率先开发出简单实用的飞控系统。在此之前，无人机和航模的操作难度较高，只能在视线范围内控制。飞手需要通过视觉感知来操控无人机的机动和姿态调整，这使得无人机难以普及。随着飞控系统的出现，无人机逐渐成为面向大众的消费级产品。可以说，飞控技术的发展是无人机快速壮大和普及的关键推手。

飞行控制系统简介

飞行控制系统，简称飞控，是无人机的大脑。它负责控制无人机的飞行、悬停以及姿态变化等。飞控系统通过多种传感器收集无人机的姿态数据，并根据这些数据进行运算和判断，最终下达指令，由执行机构完成动作和姿态调整。

飞控系统的组成部分

IMU惯性测量单元

IMU惯性测量单元由三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器和气压计组成。

• 三轴陀螺仪：通过三个轴上的传感器计算外部框架的旋转数据。目前大多使用电子陀螺仪替代机械陀螺仪。
• 三轴加速度计：测量飞机在XYZ三个轴上的加速度。
• 地磁传感器：感知地磁，相当于一个电子指南针，使无人机能够确定自己的飞行方向、机头朝向以及当前位置。
• 气压计：用于测量不同位置的气压差，从而计算当前高度。

GPS定位

GPS定位系统可以确定无人机的位置、目的地、当前位置的速度和加速度等，并与气压计、空速计协同工作，消除误差。

空速传感器

空速传感器分为两路，一路测量动压，另一路测量静压，通过差值计算当前的空气流速。

数据处理与飞行控制

由于飞行器本身不稳定以及环境的多变性，为了实现稳定的悬停和飞行，飞控系统需要获取飞行器的多个参数，例如三维位置、三维速度、三维加速度、三轴角度和三轴角速度等，并进行一系列的“串级控制”。这些数据被传输给飞控内部的单片机，单片机进行运算后，计算出相应的补偿方向和补偿角，并将这些补偿数据传输给电机，由电机执行补偿动作。

由于环境多变，大多数飞控系统需要每秒更新十次，以进行微调，从而实现最简单的稳定悬停。对于更复杂的翻滚、俯仰、偏航等动作，飞控系统同样需要进行精确的控制。

地面站

地面站包括飞手、遥控器和显示屏等设备。如果没有飞控系统，飞手需要通过视觉监控无人机的状态，一旦某个部分发生倾斜，无人机可能会迅速失去平衡并坠落。

通过上述改进，飞控系统不仅提高了无人机的操作便捷性，还增强了其稳定性，使其更加适合大众使用。