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【干货】大神浅谈无人机飞控软件设计 系统性总结

文(大神)/across

作者简介:

不懂算法、不懂编程的飞控算法工程师

略懂飞行控制

略懂开源px4飞控

写在前面

深感自己对飞控软件、算法的知识点过于杂乱,很久没有进行系统的总结了,因此决定写几篇文章记录一些飞控开发过程的知识点。主要是针对一些软件、算法部分进行讨论,如内容有错误,欢迎指出。

1飞控软件的基本模块

无人机能够飞行主要是依靠传感器系统获取位姿信息并反馈到微处理器进行控制系统的运算。所以飞控软件设计主要负责搭建合理软件流程,使各功能模块协调有效的工作。

一个飞控系统的基本工作主要有:

1、CPU接收遥控器的操作指令和传感器信号;

2、传感器的数据处理和数据融合算法运算,得到位置、姿态信息;

3、根据控制指令完成相应的控制器(姿态、位置)计算,得出控制量并输出到电机驱动;

2软件设计方法的讨论

刚接触飞控的时候,实验室在设计之初,为了方便快捷,软件系统的编写采用前后台操作的方式。这个方式的应用程序是在放在mian主函数里面无限循环,调用相应的处理子函数。这称为后台程序。而前台程序指的就是中断程序处理异步触发事件的程序。故前台程序称为中断级程序,而后台程序称为任务级程序。因此有些固定周期执行的任务都要靠中断服务程序来完成,以保证时间的精确性。但是在中断处理程序中只标记事件的发生,不做任何处理,转而由后台系统调度处理,这是为了避免在中断程序执行时间过长影响后续和其他中断事件。

这种设计方法的优点:

1、实现简单,特别是对于笔者这样的编程渣,照着stm32的库函数写代码,也可简单实现;

2、类似单片机的编程,没有OS,因此CPU的性能要求不算高,不太关注ROM/RAM;

3、如果设计得当,相较于带OS的飞控,系统运行更加稳定,听说很多工业级的飞控是不带OS的;

缺点:

由于是用在飞行控制系统中,对整个系统的实时性有着很高的要求,如果逻辑和时序出现偏差,将出现无法估计的严重后果。而在初始开发过程中,发现采用此前后台系统带来两大问题:

1、设计不当的话,比如某个周期的函数执行超时,后面所有的程序都会受到影响。如果飞控程序执行时间变得不够准确,不利于对飞行器的控制,严重时发生飞机失控的现象。

2、移植性和扩展性差,给整个程序后续改动和维护带来不便,由于各种任务都是相关的子函数,往往一个任务需要调用多个子函数。在程序改动或者维护的时候变得非常繁琐复杂。经常由于忽略某一细节而导致功能无法实现,最后导致程序的可读性降低,不利于他人做程序修改。

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