无人机组装与调试 第第4章章无人机无人机调试基基础4.1 无人机的调试步骤电动多旋翼无人机调试内容: 主要是软件部分的调试包括飞行控制器调试、遥控器和接收机包括飞行控制器调试、遥控器和接收机调试、动力系统调试等调试、动力系统调试等 其中，飞行控制器调试包括飞控固件的烧写、各种传感器校准和飞行控制器相关参数的设置等；遥控器和接收机调试包括对码操作、遥控模式设置、通道配置、接收机模式选择、模型选择和机型选择、舵机行程量设置、中立微调和微调步阶量设置、舵机相位设置，舵量显示操作、教练功能设置和可编混控设置等；动力系统调试主要是电调调参等内容4.1 无人机的调试步骤（1）无桨调试）无桨调试为了降低在调试时产生的危险，应先将不需要安装桨叶就能调试的内容调试完，再进行必须安装桨叶才能完成的调试内容无桨调试主要包括以下内容：（1）连接所有电路，接通电源，进行首次通电测试，检查飞行控制器、电调、电动机、舵机、接收机、数据传输、图像传输和摄像头等设备是否正常通电，检查有无出现短路或断路现象2）检查遥控器，进行对频及相关设置，确认遥控器发出的各个通道信号能准确地被接收机接收到并能传送给飞控3）将飞控连接到计算机，用调试软件（地面站）对飞控进行调试，如烧写固件、设置接收机模式、遥控器校准、电调校准、加速度计校准、陀螺仪校准、设置飞行保护措施、设置飞行模式、通道设置和解锁方式等。
4）接通电源，推动油门检查电动机的转向是否正确，如果不正确，则通过调换电动机任意两根电源线来更换转向确认以上内容都调试完毕并能通过遥控器解锁无人机，操作遥控器各个通道，观察无人机是否有相应的反应固定翼无人机还可通过人为改变飞机姿态的方式查看舵面变化情况，如果不正确，则应检查舵机型号及安装是否相反此时即完成了无人机的无桨调试4.1 无人机的调试步骤（2）有桨调试）有桨调试无人机的首次飞行往往会出现各种意外有桨调试时，无人机上已经装好螺旋桨，并会产生高速旋转，为确保操作人员和设备的安全，在飞行前要进行以下一系列的检查4.1 无人机的调试步骤1多旋翼1）根据电动机转向正确安装螺旋桨2）限制无人机将无人机放在安全防护网内试飞，或通过捆绑的方式限制无人机无人机第一次试飞可能会出现各种意外情况，通过防护网或捆绑可以有效保护人员和设备的安全3）飞行测试：通过飞行状态检验无人机是否正常 先打开遥控器电源，再接通无人机电源，根据之前调试所设定的解锁方式进行解锁，解锁后油门保持最低、能使螺旋桨旋转的位置 起飞检查在推动油门时不要触摸其他摇杆当无人机开始离地时，观察无人机的飞行趋势，然后操控遥控器以相反的方向使无人机能平稳地飞起来。
如果一起飞就大幅度偏航或翻倒，立刻将油门拉到最低，将无人机上锁，再关掉无人机电源检查问题所在通常是线路问题或遥控器通道反相问题 基本功能检查当无人机飞起来后，依次缓慢操作其他摇杆（副翼、偏航、升降和飞行模式等），观察遥控器各通道正反相是否正确、各通道是否对应无人机的动作，检验飞行模式是否正确并能正常切换 飞行性能检查检查起飞和降落是否平稳、四个基本动作（前进、左右、上下、旋转）角度是否正常、动作是否平稳、动作是否有振动、摇杆回中后无人机回中的响应情况是否及时此类问题大部分通过地面站调试和 PID 参数调试解决各种飞控地面站不相同，调试方法也不相同，但基本思路一致4.1 无人机的调试步骤2固定翼固定翼的飞行速度相对较快，测试时既不能像旋翼机一样被限制在特定的安全区域内，也没有条件效仿有人机的方式，搭建风洞实验室模拟飞行器周围气体的流动情况因此，为了确保安全，在固定翼的有桨调试时一定要注意飞机机械结构、电路与控制系统、任务载荷与弹射系统三个方面的检查4.2 无人机飞行控制器调试（1）飞行控制器与调试软件国外以开源飞行控制器为主，国外以开源飞行控制器为主，常见的有：APM、PIX、MWC、MicroCopter、Pixhawk、OpenPilot、rossbow MNAV+Stargate、PX4、Paparazzi、MWC、AutoQuad、KK、Paparazzi 等。
闭源的有Piccolo、MK、Unav 3500、Procerus Kestrel、MicroPilot等国内的飞控以闭源居多，国内的飞控以闭源居多，所谓的商品飞控指的是闭源飞控国内目前有：大疆科技、零度智控、亿航科技等规模较大的飞控研发公司，主流型号有：AP101、NP100、WKM、A3、A2、PILOT UP（包括 UP-PF、UP30、UP40、UP 50、UPX）、IFLY40、、FF、EAGLE N6 等4.2 无人机飞行控制器调试（2）PID调参一、什么是 PIDPID 控制是一个在工业控制应用中常见的反馈回路控制算法由比例单元 P （Proportional）、积分单元 I（Integral）和微分单元 D（Derivative）组成PID 控制的基础是比例控制；积分控制可以消除稳态误差，但可能会增加超调；微分控制可以加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势4.2 无人机飞行控制器调试（2）PID调参二、PID 调试步骤口诀：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要调大曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小调曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢，微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低 4:1一看二调多分析，调节质量不会低。
总结如下：1）P 产生响应速度，P 过小响应慢，过大会产生振荡，P 是 I 和 D 的基础2）I 消除偏差、提高精度（在有系统误差和外力作用时），同时增加了响应速度3）D 抑制过冲和振荡，同时减慢了响应速度4.2 无人机飞行控制器调试（2）PID调参三、自动调参自动调参是让飞控系统自动配置 PID 参数下面以 APM 自动调参的功能为例介绍自动调参方法1）PID 自动调参需用一个通道 7 或通道 8 的 2 段开关，先检查下通道 7 或通道 8 是否正常打开遥控器开关，进入基础菜单，选择“辅助通道”命令，这里选择的是某 2 段开关作为通道 7 开关2）接好 APM 的 USB 线，打开 Mission Planner 软件，单击 CONNCET 3）选择主菜单“初始设”“必要硬件”“遥控器校准”命令拨动通道 7 开关，查看 Radio 7 的最高值是否大于 1800如果不足，则要检查遥控器的通道开关是否设置错误或单击“校准遥控”按钮，重新把所有通道校正一遍测试时候要记住通道 7 开关设置到哪里是最大值，这里是把二段开关放到最下面的时候是最大值，如图 4-2 所示4）选择主菜单“配置 / 调试”“扩展调参”命令，把通道 7 选项改为 AutoTune，再单击“写入参数”按钮，如图 4-3 所示。
4.2 无人机飞行控制器调试（2）PID调参5）自动调参前的准备工作 确定飞行器飞行是正常的，是在一台稳定的飞行器上自动调参 APM 的飞行模式要有一个是定高模式，即保证在定高状态下飞行是正常的，能保持基本的稳定 打开自动调参的日志，以方便调参后对结果进行检查选择主菜单“配置 / 调试” 的“标准参数”命令，搜索“Log bitmask”，一定要选中“IMU”复选框，再单击“写入参数”按钮，如图 4-4 所示 飞行器的悬臂刚性要好，不易发生变形，太软的悬臂自动调参失败概率较大 自动调参需要 5 7min，自动调参时电池要充满电，满足 10min 左右的飞行时间 记住自动调参前的数值，如自稳 Roll 中 P、自稳 Pitch 中 P、Roll 速率和 Pitch 速率的 PID，方便调参后对比，如图 4-5 所示 找一个开阔的地方进行自动调参，为了让数据更加真实，最好选择有微风的天气，风太大会吹着飞行器跑 自动调参前，再次检查螺旋桨、电动机、电池等所有设备是否安装稳固，跟调参无关的数传、LED 灯等不要开启4.2 无人机飞行控制器调试（2）PID调参6）开始自动调参 把自动调参的第 7 通道开关置在低位上，切换到自稳飞行模式，按正常步骤对APM 解锁，加油门起飞后，在 5 10m 的高度切换到定高飞行模式。
把自动调参的第 7 通道开关置在高位上，开始 APM 自动调参飞行器会向左右前后方向摇摆如果飞机飘得太远，可以用遥控器控制杆让它飞近点；回来时飞行器采用最初设置的 PID 参数，松开遥控器控制杆，自动调参会继续进行如果中途要终止自动调参，将通道 7 开关置到低位 整个自动调参过程需要 5 7min，待飞行器稳定下来不再左右摇摆时，表示自动调参完成拉低遥控器油门杆让飞行器降落后，立即对 APM 进行上锁（油门杆最低方向最左位置），自动调参后的数据就自动保存如果不想保存这次的自动调参数据，将通道 7 开关置到最低位再立即上锁 保存自动调参数据后，把通道 7 开关置到最低位，解锁后用自稳飞行模式起飞，查看调整后的效果 对比自动调参后的数据，如图 4-6 所示4.2 无人机飞行控制器调试（2）PID调参7）选择主菜单“配置 / 调试”“扩展调参”命令，把通道 7 选项改为 Do Nothing，再单击“写入参数”按钮8）自动调参的建议 选择自动调参的场地要够大，在自动调参时飞行器飞远了拉回来后，就自动终止了调参 自动调参时，如果发生炸机，要立即把自动调参开关打到低位，否则即便将油门拉到最低，电动机还在转动。
如果把自动调参开关打到高位后，飞行器没反应，则可以将其打到低位后再打一次高位 要选择人少时进行，自动调参有一定的失控风险4.2 无人机飞行控制器调试（3）PixHawk飞行控制器和Mission Planner地面站安装调试PixHawk 是著名飞控厂商 3DR 推出的新一代独立、开源、高效的飞行控制器，如图 4-7所示，它不仅提供了丰富的外设模块和可靠的飞行体验，还可在其基础上进行二次开发因其具有通用性，本节以 PixHawk 为例讲解飞控和地面站安装调试过程4.2 无人机飞行控制器调试（3）PixHawk飞行控制器和Mission Planner地面站安装调试一、PixHawk 飞控配置1硬件配置 处理器1）主处理器为 32 位处理器（主频为 168MHz）2）备用处理器为独立供电 32 位故障保护处理器 主要传感器1）双 3 轴加速计2）磁力计（确认外部影响和罗盘指向）3）双陀螺仪（测量旋转速度）4）气压计（测高）5）内置罗盘4.2 无人机飞行控制器调试（3）PixHawk飞行控制器和Mission Planner地面站安装调试2接口定义PixHawk 接口定义如图 4-8 图 4-10 所示。
4.2 无人机飞行控制器调试（3）PixHawk飞行控制器和Mission Planner地面站安装调试二、基本飞行概念1机头指向和方向以固定翼无人机与四轴飞行器为例，图 4-11 所示为无人机的载体坐标系载体重心是坐标原点，载体前进方向为 x 轴正向，载体水平姿态时垂直向下为 z 轴正向，载体飞行方向指向右为 y 轴正向（x，y 和 z 轴满足右手定则）4.2 无人机飞行控制器调试（3）PixHawk飞行控制器和Mission Planner地面站安装调试2多轴飞行器的飞行姿态角1）Roll（横滚角）：以飞行前进方向为轴的左右角度变化，如图 4-13a 所示2）Pitch（倾斜角）：以飞行前进方向为轴的高低角度变化（抬头、低头），如图 4-13b所示3）Yaw（航向角）：飞行器机头指向角度的改变，如图 4-13c 所示4.2 无人机飞行控制器调试（3）PixHawk飞行控制器和Mission Planner地面站安装调试三、安装飞控驱动与地面站软件安装 Pixhawk 驱动程序：右击“计算机”图标，在弹出的对话框中选择“设备管理器”选项，单击“端口”列表，出现 PX4 FMV（COM9）端。