飛控的大腦：微控制器

　　在四軸飛行器的飛控主板上,，需要用到的芯片并不多,。目前的玩具級飛行器還只是簡單地在空中飛行或停留,，只要能夠接收到遙控器發(fā)送過來的指令,，控制四個馬達(dá)帶動槳翼,，基本上就可以實現(xiàn)飛行或懸停的功能,。意法半導(dǎo)體高級市場工程師介紹,，無人機(jī)/多軸飛行器主要部件包括飛行控制以及遙控器兩部分,。其中飛行控制包括電調(diào)/馬達(dá)控制,、飛機(jī)姿態(tài)控制以及云臺控制等,。目前主流的電調(diào)控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。

　　高通和英特爾推的飛控主芯片

　　CES上我們看到了高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器,，他們采用了比微控制器（MCU）更為強(qiáng)大的CPU或是ARM Cortex-A系列處理器作為飛控主芯片,。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo無人機(jī)是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)出來的飛行控制器,，它有無線通信,、傳感器集成和空間定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機(jī),。這款無人機(jī)采用了“RealSense”技術(shù),，能夠建起3D地圖和感知周圍環(huán)境，它可以像一只蝙蝠一樣飛行,，能主動避免障礙物,。英特爾的無人機(jī)是與一家德國工業(yè)無人機(jī)廠商Ascending Technologies合作開發(fā)，內(nèi)置了高達(dá)6個英特的“RealSense”3D攝像頭,，以及采用了四核的英特爾凌動（Atom）處理器的PCI-express定制卡,，來處理距離遠(yuǎn)近與傳感器的實時信息，以及如何避免近距離的障礙物,。這兩家公司在CES展示如此強(qiáng)大功能的無人機(jī),，一是看好無人機(jī)的市場，二是美國即將推出相關(guān)法規(guī),，對無人機(jī)的飛行將有嚴(yán)格的管控,。

　　多軸無人機(jī)的EMS/傳感器

　　某無人機(jī)方案商總經(jīng)理認(rèn)為，目前業(yè)內(nèi)的玩具級飛行器,，雖然大部分從三軸升級到了六軸MEMS,，但通常采用的都是消費類產(chǎn)品如平板或手機(jī)上較常用的價格敏感型型號。在專業(yè)航拍以及專為航模發(fā)燒友開發(fā)的中高端無人機(jī)上,，則會用到質(zhì)量更為價格更高的傳感器,，以保障無人機(jī)更為穩(wěn)定,、安全的飛行。這些MEMS傳感器主要用來實現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導(dǎo)航,。飛行器之所以能懸停,，可以做航拍，是因為MEMS傳感器可以檢測飛行器在飛行過程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化,，在檢測到角度變化后,，就可以控制電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的效果,。這是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng),。

　　至于用MEMS傳感器測量角度變化，一般要選擇組合傳感器,，既不能單純依賴加速度計,，也不能單純依賴陀螺儀，這是因為每種傳感器都有一定的局限性,。比如說陀螺儀輸出的是角速度,，要通過積分才能獲得角度，但是即使在零輸入狀態(tài)時,，陀螺依然是有輸出的,，它的輸出是白噪聲和慢變隨機(jī)函數(shù)的疊加，受此影響,，在積分的過程中,，必然會引進(jìn)累計誤差，積分時間越長,，誤差就越大,。這就需要加速度計來校正陀螺儀，因為加速度計可以利用力的分解原理,，通過重力加速度在不同軸向上的分量來判斷傾角,。由于沒有積分誤差，所以加速度計在相對靜止的條件下可以校正陀螺儀的誤差,。但在運(yùn)動狀態(tài)下,，加速度計輸出的可信度就要下降，因為它測量的是重力和外力的合力,。較常見的算法就是利用互補(bǔ)濾波,，結(jié)合加速度計和陀螺儀的輸出來算出角度變化。