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设备与工具昨日，小编推出的《三年磨一剑|深度解析MP-201M之背景篇》，解析酝酿了三年的多旋翼自驾仪产品MP-201M的背景，得到大家热烈反响。今天，小编将继续为大家带来我公司大拿作品：《三年磨一剑|深度解析MP-201M之技术篇》，从算法、硬件等方面，解读MP-201M。
L1自适应控制
控制是以适当的控制力来驾驭被控对象，使其运动在各种扰动作用之下也能按期望的方式（按给定的目标轨迹或设定值）变化。施加控制力的根本途径和目的是“感受控制目标与对象实际行为之间的误差，适当处理这个误差来消除它”，即“基于误差来消除误差”。近一个多世纪的控制理论发展的历史就是围绕“消除这个误差”的两种不同方法相互交错而发展的历史，这两种不同方法是：
一是“基于误差来消除误差”的控制策略。以PID调节器为代表的实用工业控制器都是基于这种控制策略来做成的；
二是“基于内部机理描述的控制方法”的控制策略，即以对象的数学模型为研究的“出发点”，也是研究的“归宿”的现代控制理论。
PID控制器具有结构简单、实现方便、稳定性好的优点，一般的开源飞控和消费级自驾仪都采用的是PID控制算法。尽管PID的稳定余度不小，但具有好的动态品质的余度不大，闭环动态品质对PID增益的变化太敏感。因此当被控对象处于经常变化的环境之中时，根据环境变化，需要经常变动PID增益。这就造成了使用消费级自驾仪时，经常遇到的调参麻烦，或出现调好了的飞机在使用时还要经常调参的问题。
自适应控制技术就是为了解决航空航天中的控制问题而提出的。航空航天飞行器，由于其运行的环境非常复杂，各种作用力及外部扰动很难建立精确的数学模型。多旋翼飞行器貌似飞行原理简单，但是其涉及到的空气动力学是非常复杂的湍流流动，很难建立数据模型，而且多旋翼飞行的环境变化多样，导致其扰动也很难预测，因此采用常规的PID控制器，很难得出满意的控制性能。开源多旋翼飞控AutoQuad的L1自适应控制算法部分是唯一需要单独收钱的。
L1自适应控制算法是国际自适应控制领域研究的最新成果，由美国伊利诺伊大学Naira Hovakimyan教授和康涅狄格大学Chengyu Cao教授共同提出的一种新型的模型参考自适应控制算法，该算法通过后置低通滤波器和预测模型，成功解决了传统模型参考自适应控制在快速自适应和控制鲁棒性之间的矛盾。通俗地说就是L1控制算法具有很高的自适应学习率，能快速补偿运动模型的不确定性和外部扰动，从而使得控制精度高、稳定性好。因此迅速获得了包括NASA（美国航空航天局）在内的各方专家学者的认可和推广。
成都纵横的相关专家和Chengyu Cao教授曾就L1自适应控制算法的研究和在飞行控制方面的推广应用做过深入的沟通，并成功地将L1自适应控制算法运用于多旋翼飞行控制和无人直升机的飞行控制之中，获得了极好的控制效果，产品广受行业专家的赞誉和专业厂家的认可。
图：MP-201M 来源网络
总所周知，现在的无人机离不开GPS导航模块。一般的多旋翼自驾仪都采用Ublox的GPS模块，这种GPS模块的定位精度一般是在2米左右，高度测量精度更差，误差一般都在几米甚至几十米的量级。最恼人的是，高度测量值在静止条件下，会飘好几十米，而且数值会受周围环境、天气等外界因素影响。
显然，单纯采用GPS进行多旋翼高度控制是不行的，一般低成本的解决办法是采用气压高度计来进行高度控制。
多旋翼飞机在飞行过程中，周围的气流受旋翼的影响而变得非常复杂，这样装在多旋翼飞机上的气压计测出的气压就很乱。在飞机悬停时，可以通过低通滤波器滤波后得出比较稳定的高度数据，能够确保飞行悬停高度控制；但是一旦飞机做前后左右移动时，旋翼对气压的扰动加大，通常会导致测量高度比实际高度高，自驾仪就会降低飞机高度，这就是通常所说的掉高。这种掉高现象在大型多旋翼飞机上尤为明显，而专业的多旋翼飞机一般都比较大，如农药喷洒无人机，本来飞行相对高度就只有1.5~2米，如果掉高1米就非常危险了。
GPS信号从卫星发射传播到地球表面，中间通过大气层、电离层，它们的一些特性导致信号在其中的传播时间会比在同样距离的真空中长，而多出来的这些时间是时变的，而且相对较难精确测定。这会导致卫星与接收机之间的测距不准，所以定位精度也就下降了。
差分GPS是利用地面接收机和机载接收机的信号进行双频（L1、L2接收频率）双差（站站差分、星星差分）来消除传输中的误差和接收机本身的误差，从而获得极高的定位精度，位置和高度测量精度一般都在2~3厘米。
MP-201M采用高定位精度的差分GPS模块，在精准农业、电力巡线等运用方面，能给客户创造更大的价值。
二次开发
作为工业级的无人机平台，用户的任务是千差万别的，有些甚至是不便于公开，这就需要用户不仅能在地面站端基于通信协议进行二次开发，而且更需要在机载飞控端进行定制开发。
专业用户的飞机都需要在研发阶段进行硬件在回路的仿真。成都纵横全系列飞控系统都提供硬件在回路、软件在回路的仿真接口。同时，我们的自驾仪产品都具有基于通信协议SDK的二次开发功能。MP-201M还具有机载端基于嵌入式操作系统的二次开发功能。
目前，我们的AP-201/202作为飞控与导航系统平台，已经成为很多专业院所的开发平台，这些院所在AP-202基础上定制开发了许多高级而特殊的控制逻辑及相关的功能。工业级、高集成度的MP-201M自驾仪，也将成为众多专业用户飞控与导航系统二次开发的理想平台。
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