隨著社會需求的精細化劃分、技術的快速迭代、資本的迅速涌入以及媒體的宣傳解讀，無人機已經(jīng)從高不可攀的黑科技變成了家喻戶曉的嘴邊詞兒，連樓下遛彎的老王都說“我孫子在小花園擺弄無人機呢，跟你們一樣，我孫子是不是很厲害？”

是的，無人機的普及速度匪夷所思，從好萊塢科幻大片中的軍事營救到老王兒子的結婚航拍，從嚴謹?shù)腢AV到靈活的Drone，它逐漸介入了我們的生活。日新月異的技術迭代讓芯片、人工智能及大數(shù)據(jù)技術推進了無人機核心部件飛控技術的發(fā)展。但絕大多數(shù)飛控研發(fā)的廠商都由于技術積累薄弱、可靠性不高、技術迭代速度慢等因素而中途放棄。

久而久之，飛控技術被無人機業(yè)內(nèi)稱為“最難啃的硬骨頭”，老普作為行業(yè)里公認的飛控老司機，難得今天有興致，坐下來，一起嘮嘮~

一、飛控的定義

飛行控制系統(tǒng)（Flight control system）簡稱飛控，可以看作飛行器的大腦。是無人機的核心部件，其功能主要是發(fā)送各種指令，并且處理各部件傳回的數(shù)據(jù)。多軸飛行器的飛行、懸停，姿態(tài)變化等都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳回飛控，再由飛控通過運算和判斷下達指令，由執(zhí)行機構完成動作和飛行姿態(tài)的調(diào)整。

二、飛控的起源

固定翼飛控

嚴格來講，無人機飛控技術起源于固定翼飛行器。從結構上看，固定翼飛行器沒有垂直起降飛行器過多的旋轉(zhuǎn)、振動部件，氣動也比較簡單；從控制方面看，固定翼飛行器屬于靜穩(wěn)定系統(tǒng)，手離開操縱桿幾秒鐘仍能正常直行，相比之下屬于靜不穩(wěn)定的垂直起降飛行器則需要駕駛員無時無刻不在調(diào)整著操縱桿，稍有疏忽就會墜毀。這兩方面主要是控制上的困難，當然，歷史的大輪會推動新的控制技術源源不斷的迭代。

開源飛控

這是世面上數(shù)量最多的飛控，開源飛控源于歐美極客對于自由飛行的夢想，其精神是分享和奉獻。設計初衷是供極客們二次開發(fā)或者愛好者 DIY 的“半成品”，可一踏入國內(nèi)就變了性，分享的各類開源飛控直接商品化轉(zhuǎn)化成謀取錢財?shù)慕輳健８猩跽?，將此類飛控賣于農(nóng)業(yè)、電力甚至警用。老普提醒您，這類飛控半成品的基因缺陷不可忽視：

1）硬件器件未經(jīng)可靠性、規(guī)?；炞C。開源飛控的硬件選型多是用于移動終端或其他機器人的消費級器件，意在體現(xiàn)整體系統(tǒng)架構并控制較低成本，并未充分考慮溫度、環(huán)境、振動、批量供貨等產(chǎn)品化過程；

2）軟件技術體系冗余嚴重、資源不足。出于通用性的考慮，目前開源飛控適配幾乎所有類型的飛行器、通信協(xié)議中預留了大量負載字段、占用了幾乎大部分系統(tǒng)資源等，這些特性會造成過度冗余的底層程序、控制策略、通信協(xié)議段、不足的內(nèi)存及計算資源，后續(xù)的開發(fā)會持續(xù)處于“應付”的狀態(tài)，造成產(chǎn)品不穩(wěn)定。

自研飛控

目前國內(nèi)知名的無人機公司都是從自研飛控起家的。以老普團隊為例，研發(fā)之初，都是將電容電阻逐個畫到板子上、代碼一行一行碼到屏幕上。開發(fā)過程往往是模塊化搭建的，比如先開發(fā)傳感器采集、舵機／電機控制，再調(diào)試獨立通道從航向、轉(zhuǎn)速、定高、俯仰、橫滾等讓飛行器穩(wěn)定，隨后是穩(wěn)定懸停，最后是航線飛行，使飛機按照設定航跡點自動飛行。這便是自研飛控的基本過程。踏實穩(wěn)定的作風讓普洛特飛控占領了國內(nèi)90%的市場份額，聞名于業(yè)內(nèi)。自研飛控的好處是對硬件和軟件的充分理解，后續(xù)的開發(fā)和改進會輕松快速，缺點便是研發(fā)之初費時費力。

三、無人機飛控系統(tǒng)的主要功能

飛行狀態(tài)

飛控系統(tǒng)主要用于飛行姿態(tài)控制和導航，對于飛控而言，首先要知道飛行器當前的狀態(tài)，比如：三維位置、三維速度、三維加速度、三軸角度和三軸角速度等，總共15個狀態(tài)。準確感知，是飛控系統(tǒng)最基礎也是最難控制的技術要點。但受限于傳感器的感知水平，在實際作業(yè)中會受到環(huán)境的干擾而出現(xiàn)測量誤差。目前大部分廠家正在研發(fā)組合導航技術，結合GPS、IMU、氣壓計和地磁指南針各自的優(yōu)缺點，通過電子信號處理領域的技術，融合多種傳感器的測量值，獲得更精準的狀態(tài)測量。

組合導航

除基礎傳感器方案以外，現(xiàn)在主流的無人機產(chǎn)品都加入了先進的視覺傳感器、超聲波傳感器和IMU與指南針冗余導航系統(tǒng)。雙目立體視覺系統(tǒng)可根據(jù)連續(xù)圖像計算出物體的三維位置，除了避障功能以外還能提供定位與測速。機身下方的超聲波模塊起到輔助定高的作用，而冗余的IMU和指南針在一個元件受到干擾時，冗余導航系統(tǒng)會自動切換至另一個傳感器，極大提高了組合導航的可靠性。GPS信號良好時，可通過視覺提升速度和位置測量值的精度；在GPS信號不足的時候，視覺系統(tǒng)可以接替GPS提供定位與測速，全面提升了飛行的性能與可靠性。

控制性能

飛控系統(tǒng)先進的控制算法直接影響工業(yè)機的作業(yè)品質(zhì)，高速飛行不僅對動力系統(tǒng)有較高的要求，懸停和慢速控制上也有很高的精度要求。除了懸停位置控制精度，姿態(tài)控制精度等，還要格外注意異常飛行的情況。如在飛行器斷槳、突然受到撞擊、突加負重或被其他外力干擾后，擁有強大的控制恢復能力，才能夠應對很多的極端狀況，這對于飛行安全性來說尤其重要。

故障診斷

飛控系統(tǒng)實時地進行故障監(jiān)控與故障診斷能大幅降低事故發(fā)生的概率。飛控系統(tǒng)通過對振動、電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速等各項飛行狀態(tài)的參數(shù)監(jiān)控進行故障診斷。在最短時間內(nèi)快速監(jiān)測并判定故障，同時，在判定故障的剎那間飛控系統(tǒng)就要采用轉(zhuǎn)換后的正確信號進行飛行操控。這種飛控故障診斷系統(tǒng)必須建立在大量的故障數(shù)據(jù)積累及豐富的診斷經(jīng)驗基礎上，如此才能對故障進行早期預報、應急處理，使飛行變得更加安全。

那么問題來了，什么樣的飛控才是好飛控？怎樣才能考察飛控的好壞，老普建議從這四個方面入手。

飛控的穩(wěn)定性

飛控技術日趨穩(wěn)定，傻傻只盯排名的客戶也知道事先進行試用，可如何憑借試用來預估飛控的穩(wěn)定性呢？老普給您支招：第一，看公司的核心業(yè)務。如果公司的核心業(yè)務是無人機飛控研發(fā)，那基本上就能確定這個廠家有相當成熟的飛控研發(fā)技術，在面臨問題時候也有相當豐富的處理經(jīng)驗。第二，看公司產(chǎn)品的市場占有率。如果這個公司的飛控市場占有率較高，就基本上說明這家公司有成熟的工藝流程、質(zhì)量體系、測試系統(tǒng)等，一定程度上保證了飛控質(zhì)量的穩(wěn)定性。第三，測試環(huán)境，飛控的測試，不僅僅是與適配飛機安裝后的飛行測試，在安裝之前的模塊測試、性能測試、系統(tǒng)測試皆不可缺，不要問老普為啥，老普10年的飛控研發(fā)經(jīng)驗告訴你，飛控的故障率必須是“零容忍”。

與飛機的匹配適用

因作業(yè)范圍的不同造就了多種多樣的無人機種類，從單旋翼到多旋翼、從四軸到八軸、從開放式到函道式、從油動到電動，不同廠商的設計思路不同、針對用戶不同、適應場景不同，造成飛行器機體的千差萬別。用戶在選擇飛控時候不要“貪多”，幻想同一個飛控適應您家所有類型、所有功能的飛機，這種“萬能”飛控，聽起來很美妙，用起來一定很“酸爽”，俗話說“專業(yè)的人做專業(yè)的事”，飛控也是，什么類型的飛機適用什么類型的飛控，適用真的很重要！

飛控的實現(xiàn)功能

雖然現(xiàn)在的飛控技術日趨成熟，但廠家統(tǒng)計的 3%-20% 的炸機率一旦體現(xiàn)在客戶身上，那便是100%的災難，所以老普更傾向于功能定制更深入的自研飛控而不是生態(tài)豐富的開源飛控。飛控的主要功能，除了上面的基礎描述外，老普家還做了如下的功能開發(fā)：

1）高精度定位及控制，俗稱差分 GPS；

2）仿地飛行及電子圍欄，主要用于農(nóng)業(yè)植保機；

3）自動避障功能；

4）自由定義可變長的A-B 點、指定區(qū)域覆蓋飛行、斷點續(xù)航等；

5）“一鍵飛行”智能模式使得農(nóng)戶可直接通過手機APP設定作業(yè)范圍、標定障礙物、設置噴幅寬度和作業(yè)高度，自動生成作業(yè)航線，點擊“一鍵飛行”按鈕，無人機便按照規(guī)劃好的航線開始作業(yè)。

售后服務

很多人在選擇飛控時候參考的功能和價格因素更多些，但在實際運用中，飛控廠家售后服務能力直接影響飛機的作業(yè)效率。比如，用于災情監(jiān)測的固定翼無人機，飛控參數(shù)的調(diào)整決定著飛機的飛行姿態(tài)，而飛行姿態(tài)決定著攝影設備能否獲取真實的、高清的災情動態(tài)影像。所以，飛控的使用培訓、調(diào)試試飛、應用升級、售后跟蹤，每一樣不可或缺。用于植保的多旋翼無人機，售后服務除了體現(xiàn)在使用培訓外，更重要的是售后維護。普洛特植保無人機零部件多采用市場上通用的標準件，兼容性強，方便維修。在作業(yè)頻繁的農(nóng)忙時節(jié)，這是不延誤農(nóng)期最低廉最省心的辦法。

人最快的反應速度大約每秒 5 次，而無人機要想達到優(yōu)秀的控制性能，需要每秒 300 次的感知和計算，任何一次的計算錯誤或計算中斷的結果都是機器墜毀任務停止。一套完整的飛控全部器件接近 1000 個，是一部復雜手機的幾倍，一旦發(fā)生死機，對于手機使用者而言僅僅是牢騷+重啟，而對于無人機則可能產(chǎn)生非常嚴重的后果。

首先這些部件要保證自身運轉(zhuǎn)正常，其次保證電氣、通信正常，組裝后要經(jīng)歷各種測試、機體振動的沖擊，最后是老化過程。如果你也想加入飛控研發(fā)的行列，老普給到你的攻略便是：先要一套完善可擴展的硬件系統(tǒng)架構，具備強大的計算能力以及高帶寬的總線通信能力；其次器件要根據(jù)飛行需求按照商業(yè)、工業(yè)、軍工不同等級標準選擇；在實時嵌入式操作系統(tǒng)上構建具有自身及環(huán)境適應性強的控制算法；最后，在使用前進行溫度、壓力、振動、電磁兼容、飛行性能等全科目全產(chǎn)品檢驗。

飛控是個復雜的玩意，但是也別怕，慢慢學，比較快。