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設(shè)備與工具昨日，小編推出的《三年磨一劍|深度解析MP-201M之背景篇》，解析醞釀了三年的多旋翼自駕儀產(chǎn)品MP-201M的背景，得到大家熱烈反響。今天，小編將繼續(xù)為大家?guī)砦夜敬竽米髌罚骸度昴ヒ粍深度解析MP-201M之技術(shù)篇》，從算法、硬件等方面，解讀MP-201M。
L1自適應(yīng)控制
控制是以適當(dāng)?shù)目刂屏眈{馭被控對象，使其運(yùn)動在各種擾動作用之下也能按期望的方式（按給定的目標(biāo)軌跡或設(shè)定值）變化。施加控制力的根本途徑和目的是“感受控制目標(biāo)與對象實(shí)際行為之間的誤差，適當(dāng)處理這個誤差來消除它”，即“基于誤差來消除誤差”。近一個多世紀(jì)的控制理論發(fā)展的歷史就是圍繞“消除這個誤差”的兩種不同方法相互交錯而發(fā)展的歷史，這兩種不同方法是：
一是“基于誤差來消除誤差”的控制策略。以PID調(diào)節(jié)器為代表的實(shí)用工業(yè)控制器都是基于這種控制策略來做成的；
二是“基于內(nèi)部機(jī)理描述的控制方法”的控制策略，即以對象的數(shù)學(xué)模型為研究的“出發(fā)點(diǎn)”，也是研究的“歸宿”的現(xiàn)代控制理論。
PID控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)方便、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，一般的開源飛控和消費(fèi)級自駕儀都采用的是PID控制算法。盡管PID的穩(wěn)定余度不小，但具有好的動態(tài)品質(zhì)的余度不大，閉環(huán)動態(tài)品質(zhì)對PID增益的變化太敏感。因此當(dāng)被控對象處于經(jīng)常變化的環(huán)境之中時，根據(jù)環(huán)境變化，需要經(jīng)常變動PID增益。這就造成了使用消費(fèi)級自駕儀時，經(jīng)常遇到的調(diào)參麻煩，或出現(xiàn)調(diào)好了的飛機(jī)在使用時還要經(jīng)常調(diào)參的問題。
自適應(yīng)控制技術(shù)就是為了解決航空航天中的控制問題而提出的。航空航天飛行器，由于其運(yùn)行的環(huán)境非常復(fù)雜，各種作用力及外部擾動很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。多旋翼飛行器貌似飛行原理簡單，但是其涉及到的空氣動力學(xué)是非常復(fù)雜的湍流流動，很難建立數(shù)據(jù)模型，而且多旋翼飛行的環(huán)境變化多樣，導(dǎo)致其擾動也很難預(yù)測，因此采用常規(guī)的PID控制器，很難得出滿意的控制性能。開源多旋翼飛控AutoQuad的L1自適應(yīng)控制算法部分是唯一需要單獨(dú)收錢的。
L1自適應(yīng)控制算法是國際自適應(yīng)控制領(lǐng)域研究的最新成果，由美國伊利諾伊大學(xué)Naira Hovakimyan教授和康涅狄格大學(xué)Chengyu Cao教授共同提出的一種新型的模型參考自適應(yīng)控制算法，該算法通過后置低通濾波器和預(yù)測模型，成功解決了傳統(tǒng)模型參考自適應(yīng)控制在快速自適應(yīng)和控制魯棒性之間的矛盾。通俗地說就是L1控制算法具有很高的自適應(yīng)學(xué)習(xí)率，能快速補(bǔ)償運(yùn)動模型的不確定性和外部擾動，從而使得控制精度高、穩(wěn)定性好。因此迅速獲得了包括NASA（美國航空航天局）在內(nèi)的各方專家學(xué)者的認(rèn)可和推廣。
成都縱橫的相關(guān)專家和Chengyu Cao教授曾就L1自適應(yīng)控制算法的研究和在飛行控制方面的推廣應(yīng)用做過深入的溝通，并成功地將L1自適應(yīng)控制算法運(yùn)用于多旋翼飛行控制和無人直升機(jī)的飛行控制之中，獲得了極好的控制效果，產(chǎn)品廣受行業(yè)專家的贊譽(yù)和專業(yè)廠家的認(rèn)可。
圖：MP-201M 來源網(wǎng)絡(luò)
總所周知，現(xiàn)在的無人機(jī)離不開GPS導(dǎo)航模塊。一般的多旋翼自駕儀都采用Ublox的GPS模塊，這種GPS模塊的定位精度一般是在2米左右，高度測量精度更差，誤差一般都在幾米甚至幾十米的量級。最惱人的是，高度測量值在靜止條件下，會飄好幾十米，而且數(shù)值會受周圍環(huán)境、天氣等外界因素影響。
顯然，單純采用GPS進(jìn)行多旋翼高度控制是不行的，一般低成本的解決辦法是采用氣壓高度計(jì)來進(jìn)行高度控制。
多旋翼飛機(jī)在飛行過程中，周圍的氣流受旋翼的影響而變得非常復(fù)雜，這樣裝在多旋翼飛機(jī)上的氣壓計(jì)測出的氣壓就很亂。在飛機(jī)懸停時，可以通過低通濾波器濾波后得出比較穩(wěn)定的高度數(shù)據(jù)，能夠確保飛行懸停高度控制；但是一旦飛機(jī)做前后左右移動時，旋翼對氣壓的擾動加大，通常會導(dǎo)致測量高度比實(shí)際高度高，自駕儀就會降低飛機(jī)高度，這就是通常所說的掉高。這種掉高現(xiàn)象在大型多旋翼飛機(jī)上尤為明顯，而專業(yè)的多旋翼飛機(jī)一般都比較大，如農(nóng)藥噴灑無人機(jī)，本來飛行相對高度就只有1.5~2米，如果掉高1米就非常危險(xiǎn)了。
GPS信號從衛(wèi)星發(fā)射傳播到地球表面，中間通過大氣層、電離層，它們的一些特性導(dǎo)致信號在其中的傳播時間會比在同樣距離的真空中長，而多出來的這些時間是時變的，而且相對較難精確測定。這會導(dǎo)致衛(wèi)星與接收機(jī)之間的測距不準(zhǔn)，所以定位精度也就下降了。
差分GPS是利用地面接收機(jī)和機(jī)載接收機(jī)的信號進(jìn)行雙頻（L1、L2接收頻率）雙差（站站差分、星星差分）來消除傳輸中的誤差和接收機(jī)本身的誤差，從而獲得極高的定位精度，位置和高度測量精度一般都在2~3厘米。
MP-201M采用高定位精度的差分GPS模塊，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、電力巡線等運(yùn)用方面，能給客戶創(chuàng)造更大的價值。
二次開發(fā)
作為工業(yè)級的無人機(jī)平臺，用戶的任務(wù)是千差萬別的，有些甚至是不便于公開，這就需要用戶不僅能在地面站端基于通信協(xié)議進(jìn)行二次開發(fā)，而且更需要在機(jī)載飛控端進(jìn)行定制開發(fā)。
專業(yè)用戶的飛機(jī)都需要在研發(fā)階段進(jìn)行硬件在回路的仿真。成都縱橫全系列飛控系統(tǒng)都提供硬件在回路、軟件在回路的仿真接口。同時，我們的自駕儀產(chǎn)品都具有基于通信協(xié)議SDK的二次開發(fā)功能。MP-201M還具有機(jī)載端基于嵌入式操作系統(tǒng)的二次開發(fā)功能。
目前，我們的AP-201/202作為飛控與導(dǎo)航系統(tǒng)平臺，已經(jīng)成為很多專業(yè)院所的開發(fā)平臺，這些院所在AP-202基礎(chǔ)上定制開發(fā)了許多高級而特殊的控制邏輯及相關(guān)的功能。工業(yè)級、高集成度的MP-201M自駕儀，也將成為眾多專業(yè)用戶飛控與導(dǎo)航系統(tǒng)二次開發(fā)的理想平臺。
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