1. 无人机系统概述
大家好，我是老张。做飞控这些年，从最早的固定翼玩到现在的多旋翼，踩过的坑真不少。今天咱们先聊聊无人机系统的基本构成。这部分内容看似基础，但说实话，很多新手甚至老手都会在某些细节上栽跟头。
无人机系统，说白了就是一个能飞的机器人。它得知道自己在哪里、怎么飞、飞到哪里去。嗯，就这么简单。但实现起来，门道可多了。
1.1 无人机分类
我个人习惯把无人机按飞行平台分成三类。你想想看，不同类型的无人机，飞控算法差异其实挺大的。
- 多旋翼无人机：最常见，四轴、六轴、八轴都有。靠改变旋翼转速控制姿态。悬停性能好，结构简单。我在项目中遇到过最头疼的就是电池续航问题，飞个20分钟就得下来。
- 固定翼无人机：像小飞机，靠机翼产生升力。续航长、速度快，但没法悬停。起飞降落需要跑道或弹射器。
- 垂直起降固定翼（VTOL）：结合了前两者的优点。能垂直起降，也能平飞。控制逻辑复杂，我当年调VTOL的过渡模式，整整折腾了两周。
核心观点：不管哪种类型，飞控的核心任务都一样——感知、决策、执行。只是具体实现方式不同。
1.2 飞控系统架构
飞控系统架构，我习惯把它画成一个三层结构。你看下面这张图就明白了。
这张图我画了很多遍。你看，数据从传感器进来，经过飞控大脑处理，最后输出给电机。反馈回路是闭环控制的关键。我在Simulink里建模时，最喜欢用这种分层结构，调试起来特别清晰。
1.3 传感器组成
传感器是飞控的眼睛和耳朵。没有它们，无人机就是个瞎子。我列个表，你看看常用的传感器都有哪些。
| 传感器类型 | 测量物理量 | 作用 | 常见型号 |
|---|---|---|---|
| 加速度计 | 三轴加速度 | 测量重力方向，用于姿态初始对准 | MPU6050, ICM-20602 |
| 陀螺仪 | 三轴角速度 | 姿态变化率测量，核心姿态传感器 | MPU6050, BMI088 |
| 磁力计 | 地磁场强度 | 航向角参考，辅助偏航估计 | HMC5883L, IST8310 |
| GPS | 经纬度、高度、速度 | 室外定位，航线跟踪 | UBLOX M8N, NEO-M9N |
| 气压计 | 大气压强 | 高度测量，辅助垂直定位 | MS5611, BMP280 |
| 光流传感器 | 图像光流 | 室内定位，悬停保持 | PMW3901, PX4FLOW |
个人经验：我曾经在项目里只用加速度计和陀螺仪做姿态估计，结果偏航角漂移得厉害。后来加了磁力计，问题才解决。记住，传感器融合不是越多越好，但关键传感器一个都不能少。
1.4 执行机构介绍
执行机构就是无人机的肌肉。飞控算好了指令，得靠它们来执行。多旋翼上最核心的执行机构就是电机和电调。
电机：无刷直流电机（BLDC）是主流。KV值决定了电机转速和扭矩的关系。高KV电机转速快，但扭矩小，适合小桨；低KV电机转速慢，扭矩大，适合大桨。我刚开始选电机时，就吃过KV值不匹配的亏，飞起来抖得跟筛子似的。
电调（ESC）：电调负责把飞控的PWM信号转换成电机需要的三相交流电。关键参数是持续电流和峰值电流。嗯，这里要注意，电调的响应速度直接影响飞控性能。我建议用支持DShot协议的数字化电调，比传统PWM电调稳定得多。
螺旋桨：桨的尺寸和螺距决定了拉力效率。大桨效率高，但响应慢；小桨响应快，但效率低。这是个取舍问题。我在做竞速无人机时，就喜欢用小桨配高KV电机，响应快，机动性好。
避坑指南：我曾经遇到过电调与飞控通信不稳定的问题，表现为电机偶尔卡顿。排查了两天才发现是PWM信号线太长，信号衰减了。后来换成短屏蔽线，问题解决。所以，布线真的不能马虎。
好了，无人机系统的基本构成就聊到这儿。传感器负责感知，飞控负责决策，执行机构负责动作。这三者配合好了，无人机才能飞得稳、飞得准。下一节我们会深入Simulink建模，把这些东西都搭进去。