首先開宗明義，直升機無人機在小型（100kg更大）無人機上遠比多旋翼常見的多。但在微小型無人機，也就是幾千克十幾千克以及更小的尺度上卻很罕見。其實之前我也很困惑這個事情，比如確確實實的直升機在續航效率上有優勢，老生常談的安全性也主要是槳的大小，在非日常場景下，這可能也不是問題的關鍵。
至於控制--據說很難？上週剛剛給px4折騰了個直升機模式。現在可以自豪的宣稱，天上飛的固定翼，多旋翼，直升機的控制我都寫過了。倒是大約是稍稍有點資格回答一下這個問題了。（先挖坑）是實驗室一臺落灰許久的泰世 X3電直被我折騰了起來，裝了個飛控，也算是自己找找答案。娛樂時間拿來折騰下，現在倒是可以實現手動姿態-高度控制和GPS懸停了。
對於這個問題，也有了一番體會。這篇文章寫完是個大工程，我以後抽空更新吧。
電直簡介（以後填坑）一，控制與導航（以下段落適合對電直有基本瞭解的人閱讀，沒有的話請參考段落零，自行腦補或者等更新）首先是一個可以下的結論，把450級別的小電直控起來，變成一架無人機，並非是一件太難的事情。我們在談論控制的時候，一般很少談論的是控制本身，而是和控制相關的一攬子：觀測，規劃與控制。而這三者其實最簡單的反倒是控制本身。在實踐中，多旋翼的飛行控制會被分成幾個模塊，用於位置控制的位置和速度控制器，他們的輸出一般是飛機給定的姿態與油門量。（btw，固定翼一般是沒有XY平面速度的控制器的，直接從位置輸出到姿態）姿態控制首先說明，我自己的姿態控制器是在px4的mc_att_control（PX4/Firmware）基礎上修改而來，代碼等我調整的感覺更加滿意了再放出來。
首先說，直升機和多旋翼控制最大的不同在於多旋翼基本上使用螺旋槳轉速控制一切，而直升機主旋翼轉速是固定的，靠旋翼和尾翼攻角的改變控制。從此帶來的一系列問題。用於多旋翼飛行器或者小型固定翼無人機姿態的控制器則分為內環和外環，內環是角速度控制，外環為姿態控制。（名詞暫時不做具體解釋，等有空了再寫成科普）。而這個裡面真正需要大量調節的其實是姿態控制器的內環角速度環，還有位置控制器的速度環。因為這兩個是和飛機動態最相關的。直升機和多旋翼飛機有類似的動力學特性（雖然事實上因為陀螺效應的原因直升機的控制力矩和真實偏轉的姿態方向有90度的相位差，還有十分複雜的揮舞問題，但在懸停狀態下表現的特性十分接近），在SO(3)空間內完全可控的姿態（也就是你可以讓飛機在空中保持任何你保持的姿勢，傳統意義上的固定翼飛行器則不行）。一般關於直升機的資料中，使用更多的是基於歐拉角的相對線性的姿態控制，也有不少直接把姿態和速度一起控的。對於懸停和平飛來說，這肯定是夠用的。但是隨著多旋翼飛控的發展，在（多）旋翼機上更流行的其實是基於四元數的非線性控制方法，如此一來實現一鍵倒飛也算不得難事。在實踐中，作者發現幾何上有一點複雜性的SO(3)控制，直升機可以完全沿用多旋翼的控制器（也沒有不可以的理由）。也就是一個tilt-torsion上的角度差的P控制器足以解決問題。
關於姿態控制以後再說吧.有所不同的是在角速度控制上面，本身角速度控制是一個簡單的PID控制器，分別控制飛機的roll pitch yaw的旋轉，控制率本身沒什麼好說的。不同的是一則是直升機的螺旋槳旋轉會帶來巨大的陀螺儀噪音，根據轉速不同有變化，比如我的Gaui X3使用1880kv，4s電池在70%的轉速飛行，大約是36hz的額外噪音，需要使用濾波器剔除掉。而如果使用的飛控減震效果不好的話，巨大的噪音會直接把姿態估計搞歪（比如使用pixhawk1的話roll會歪30度，使用內置減震的pixhawk 2.1則無此問題）。這雖然不是控制問題，但觀測不足帶來的系統控制偏差比控制器調的爛其實更嚴重。
二是對於無論多旋翼還是固定翼而言，總推力值的改變都會帶來飛機三軸靈敏度的改變。需要針對不同的油門情況改變角速度的控制參數。不同的是直升機的油門控制被拆分為總距（定速情況下可以理解為旋翼的平均角度）和旋翼轉速。而旋翼轉速在飛行中是固定不變的。對於多旋翼而言，thrust油門量的改變會直接放大roll pitch 控制量的靈敏度（因為控制量是線性疊加到油門量上，而電子調速器的性質下推力和油門量的關係是非線性）yaw則不會受到影響，因為電子調速器的控制量對應的是線性的螺旋槳反力矩。和yaw控制力矩的產生是線性的。所以在mc_attcontrol中，有一個pid_attenuations的函數用於在thrust增加時減小roll pitch的pid參數的大小。
對於直升機而言，這個關係完全不同。直升機的推力改變有兩種方式（請參閱推力控制部分），其中總距的改變並不會造成roll pitch 靈敏度的改變--因為總距也好roll pitch 的控制量也好都來自主旋翼攻角的改變。主旋翼作為一塊旋轉的機翼，在失速前升力對攻角當然是線性的。但總距的改變會帶來額外的yaw反力矩，從而造成改變的yaw力矩（不過調好的yawrate的pid控制器甚至不需要前饋就可以處理的很好。）直升機上會轉變飛機控制靈敏度的是旋翼轉速，當旋翼轉速增加後，我們通過調小總距獲得懸停，會發現有可能本來能控制的非常穩定的姿態開始震動，這是因為轉速增加後因為使用旋翼角度來產生的控制力矩會二次方跟著轉速增加( )。直升機的高度控制通過總距(也是旋翼角度）來實現，也會變得非常靈敏。而直升機的尾槳一般使用齒輪或者皮帶和主槳聯動，靈敏度也會二次方增加。當然這其中沒有這麼簡單，也會有揮舞等效應的作用，也有舵機控制性能隨著負載增加而下降的因素。但定性的說確實基本如此。所以在直升機通過改變總距獲得推力時，pid參數不應發生改變；改變轉速後，pid參數應該集體變小。高度油門控制前文提到，直升機的高度（油門）控制和多旋翼有本質的不同，在（無論是油動還是電動）直升機上，人們更新使用固定槳速的旋翼，通過改變電直的旋翼攻角（總距）來改變總的推力。
對於電直而言，首先這要求了有定速能力的電子調速器。（好盈的定速電調，良心到不需要打廣告）一般的航模電調控制量對應於螺旋槳的反向力矩，而電壓下降後功率轉速都會下降，載荷下降後轉速會上升。我在一段時間內使用好盈的固定翼電調控制直升機（無定速功能），在使用中，僅僅聽聲音就可以聽出來在總距減小後由於負載減小，直升機的旋翼轉速上升的很明顯。這對高度控制是極為不利的。當然有人問是不是可以直接控制轉速來控制升力，最大的問題在於直升機的旋翼尺寸大，加速減速都較慢，達不到控制要求。遠不如特性良好的舵機。好在一套40-60A好盈的定速電調也就兩三百人民幣，足夠使用。當使用定速電調後，無論電池電壓下降還是總距增加旋翼負載增加，定速電調內置的PID控制器都會努力把轉速維持在一個統一的大小。於是在使用中，我們只需要控制總距就可以改變升力大小。總距的改變也就是直接拉三個舵機即可。所以在飛行控制中，直升機轉速可以是給定的，或者可以由旋鈕給出。像我會習慣性使用一個固定的旋翼轉速大小，因為在實測中這個旋翼轉速和總距搭配可以得到較低的懸停功率。所以在編寫飛控的時候，需要拆開槳速和總距，px4原有的actuator_control(3)通道因為有解鎖機制保護還是應該對應於螺旋槳轉速，但是這個值應該是固定或者由rc的輔助通道輸入，僅僅需要解鎖機制保護即可，而總距卻應該和thrustsp對應。
另一個問題是，直升機主槳帶來的氣流和壓差會對氣壓計的高度估計造成漂移，實測開槳飄三米。在實踐中，發現如此修改後，px4的默認高度控制器足以穩定直升機的高度（而且表現相當驚豔），旋翼對氣壓計的干擾由於也較為穩定（主要還是pixhawk 2.1的cube氣壓計做得好）沒有讓飛機的高度無法控制。（現在的穩定和機動性性比這更好，下週更視頻）有了飛控，使用姿態-總距或者姿態-高度控制的直升機經過合理調參，使用RC的手動控制操作性完全是不輸多旋翼的。甚至更刺激些。不過一個小小的問題是直升機因為有尾槳的原因，其實會有向左的附加推力，所以需要一個不是完全平衡的姿態來飛行，也就是會歪著幾度roll來飛。可以直接使用遙控器的配平功能，當然這個也被我加到飛控裡面了。位置控制（懸停）對於旋翼類飛行器來說，懸停是絕大部分需要處理的情況。而如果姿態控制穩定了，那麼懸停並非難事，無非是使用推力矢量調節加速度--前提是不要求達到mavic那樣變態的定位精度。配置良好的直升機姿態控制器結合多旋翼固有的pos control就可以達到gps定位的效果。不同的是直升機對風的敏感性遠超我的預期。位置控制（高速前飛，突風）直升機和多旋翼控制最大的不同在應是在高速前飛的控制上。
二，機械維護
三，負載能力和續航
四，安全性與穩定性五，成本
未完待續....