基于px4架构的算法设计

在众多无人机类型中，四旋翼因其具备垂直起降、稳定性强、结构相对简单等特点而得到广泛应用。目前，无论是学术界还是工业界，关于四旋翼的研究都在不断深入，关于四旋翼的拓展运用不断增加。因此，学习与研究四旋翼相关的技术有着良好的实用价值。

学习四旋翼，首先必须具备一个良好的实验平台。

对于初学者，由于缺乏经验，往往难以合理地选择与搭配各个模块，容易忽略主次。例如，对于机架，首先要考虑的就是强度，因为这直接关乎无人机的振动，而振动影响传感器数据质量，数据质量影响最终的控制效果；其次要考虑的是是否安装方便，例如有的无人机使用圆形碳纤管作为机臂，这样很难将电机安装水平，最终也会影响无人机的控制效果。

无人机底部示意图

电机与电调也是至关重要的，廉价的电机电调往往不仅容易烧坏，而且炸机后是否容易轴偏，导致无人机动力不平衡。

电调连接

此外，这些电机电调还有看不到的缺陷，例如响应不够平滑，响应延迟大等。相反，一套优异的动力系统不仅能保证无人机的高性能，还能使用很久，免去维修所用的时间。

除了机架、电机与电调，螺旋桨与电机的匹配，选4S还是6S锂电池等也很有讲究。飞控与传感器更是需要长期使用的经验才能做出合适的选择。

此处针对学习与对科研场景，采用优质飞行套件，推出一个高性能的微型四旋翼平台——「御风250」。

御风250」无人机「

「御风250」具备三大方面的优势，一是模块选型、二是仿真套件、三是课程支持。

首先，「御风250」通过选择合适的模块，机架采用宽边X型布局，轴距225mm，总质量600g，续航21分钟。「御风250」支持PX4固件，配备的传感器为IMU、磁力计、气压计、GPS、光流与激光测距模块，支持室内外定点稳定悬停。

该无人机的优势见下表：

比较项目	传统四旋翼	「御风250」
飞控	体积大，需要单独安装减震板，安装不方便	30*30mm，体积小，质量轻；固定孔安装，自带减震球，安装方便；支持PX4固件，支持二次开发。
机架	塑料机架，强度低，振动大，原始值往往1g左右。	高强度碳纤机架，强度高，振动小，实测振动大约0.2g。
电调	廉价电调，易损坏，不支持Dshot协议。	高质量四合一电调，体积小；峰值电流50A，适应瞬时加速；支持Dshot协议，更低延迟。
电机	廉价电机，易损坏，响应慢。	高性能电机，耐炸，响应迅速。
GPS	搜星数量少，定位精度低。	正常搜星25颗左右，定位精度高。
光流与激光测距	光滑地面、强光与弱光常见下定位效果差。	光滑地面、室外阳光下、晚上室内灯光等情况下依旧能稳定定位。
电池	廉价电池，寿命短。	高质量锂电池，寿命长。
遥控器	常规	常规+送充电电池套装。
工具	无	送螺丝刀、电机快拆工具等，方便使用。

其次，提供该无人机的模型参数与对应的Gazebo仿真环境。

此处提供无人机的质量、转动惯量、油门拉力曲线与升力系数等物理量，拥有这些参数，就可以在仿真环境中搭建对应的无人机模型。

拥有仿真环境，一方面可以验证控制逻辑。通过在仿真环境中测试，消除自身算法逻辑问题，仿真通过再将代码下载到实物平台，有效降低炸机风险。另一方面可以验证控制算法，在新设计一种控制算法时，往往很难知道参数大致为多少，数量级有时都很难确定，通过在仿真环境里调节，降低人力物力成本。其实，当模型参数精度较高时，甚至可以根据理论得到参数的合理范围，极大提高设计效率，实现从理论到实际的跨越。

审核编辑：黄飞