国产GD32驱动的四轴飞行器试飞成功 - 电路设计分享

简介：
本项目介绍了一款基于国产GD32微控制器开发的四轴飞行器的成功试飞案例，并详细分享了其电路设计方案，为同类项目的研发提供参考。 今天本来也没做好起飞的准备，不过觉得一直在屋里调校会错过一些观察的机会，因此冒险去户外试飞了一下。果然坠机了，原因是一个非自紧螺旋桨的螺丝松动导致的问题。之前也遇到过一次同样的问题但没有处理好，这次算是得到了教训。 这一摔损失了400块钱，并且维修需要1到2个星期的时间。 目前的功能包括： 1. 开启传感器低通滤波98Hz以消除电机震动对加速度计和陀螺仪的影响； 2. 磁力计现场校准，代码直接完成，无需电脑干预。在不同地点飞行时也不再需要携带电脑进行校准了； 3. 陀螺仪零偏自校准； 4. 加速度计的零偏及灵敏度校准。 5. 时间片管理：姿态融合频率为500Hz，PID控制频率为200Hz； 6. 使用位置式PID控制方法，并采用kp、Ti和Td作为参数。从今天的飞行情况来看，此功能需要进一步改进； 7. 固定航向模式；未来会加入可控航向的功能。 8. 飞行模式：X型布局。 自己设计的飞控板第二版兼容F10xF2xxF4xx系列MCU，正面配置包括外接遥控接收机所需的四个PWM输入接口、用于驱动电机的四个PWM输出接口以及额外的一个备用PWM接口。还有DCMI摄像头接口和一个USART1蓝牙模块连接口。此外还有一个SPI可与SPI NAND相连，并支持TF卡存储视频。 整机组件：两个白色轴中间是机头，右边白色轴上安装的是之前制作的蓝牙模块；标准配置包括450mm框架、980kv电机、好盈20A电调器、11.1V-3S动力电池以及7通道接收机。另外还配有一个锂电池低压报警器和桨叶尺寸为1047。 PID控制分为位置式与增量式，这里采用的是位置式，并且将Ki和Kd参数用Ti和Td的形式表示并带入公式中计算。其中ek是期望角度减去实际传感器输出的角度值；所使用的三个PID参数包括：Kp、Ti以及Td。 四轴飞行器的PID控制目标在于将接收机接收到的遥控信号（如油门THR、升降舵ELE对应pitch，副翼Ail对应roll及方向舵RUD对应yaw）与飞控板计算出的实际姿态值进行对比。通过比较得出误差后结合Kp、Ti和Td参数生成PID输出值，并最终将这些数据与油门信号相结合以确定送至每个电调的PWM数值来控制电机转动。