汪滔的这篇论文，奠定了大疆的成功
汪滔的这篇论文，奠定了大疆的成功
未尽研究之前发表的一篇爆款文章 ，引发了一股“宇树热”。其实，中国人形机器人技术的兴起，与无人机技术密切相关。且不说宇树创始人王兴兴曾经在大疆工作过，当年大疆创始人汪滔选择研究无人机，也是兴奋于这一领域汇集了人工智能、图像处理、无线传输、先进控制理论、先进制造以及多传感器融合。
无人机就是飞行的机器人。大疆的成功经验，成为无数在无人机、eVLOT、机器人领域的创业者研究学习的对象；而汪滔如何从创业起就能持续保持技术、产品与全球市场的领先，也是一个教科书级别的案例。所有这些，也许可以从奠定大疆技术的那篇论文中窥探。我们在此编译通用机器人智能初创公司Scaled Foundations联合创始人CEO Ashish Kapoor的解读文章，并结合汪滔的论文进行了补充完善。
无人机巨头大疆并非崛起于一夜之间。其长达十年的市场主导地位，源于创始人和 CEO 汪滔对于技术的深刻理解。
而这一切又源于他2011 年完成的论文，从此彻底变革了四轴飞行器的发展。《自主直升飞机的控制系统》，是汪滔在香港科技大学电子与计算机系的硕士毕业论文。由李泽湘教授指导。
汪滔的这篇论文，发现当时直升机无法解决的稳定性问题，在小型无人直升机可以解决。汪滔专注于小型无人直升机的控制算法、控制框架的设计，它们在不同飞行状态下都可以实现，包括悬停、速度参考飞行和航点导航飞行。他还基于无人直升机的控制框架，开发了一些新的功能。论文为用户着想，为了方便自行设置直升机控制器，最后几章还讨论了自适应参数调整方法。
这篇论文也是工程实践和产品创新的总结。汪滔实现了控制器程序的框架，还推导出核心算法，最后还在一架真实的无人机上得到了验证。
（Trex 600 直升机模型，来源：汪滔论文）
当时汪滔已经发现，控制器的基本功能已无法满足无人机市场的“刚需”，未来的趋势一定是更多功能、更好性能和更易用性。他在论文结尾预言：“如果控制器的成本效益持续增长，微型无人机将成为广泛应用的产品。”
后来大疆的故事，无人机和低空领域，以至战场上发生的一切，证明了他的预言是完全正确的。
回到技术本身。这一技术不仅仅是学术理论层面的突破，它更解决了直升机本质上不稳定的问题。就像人类试图边行走边平衡手指尖上的铅笔一样，直升机需要不断进行修正才能保持飞行。在汪滔的研究工作之前，这只有在军事应用上是可行的，因为控制复杂性太高了。
传统的直升机控制需要为每架飞机定制独一无二的数学模型。打个比方，如果每款智能手机都需要单独的软件，而不是配备一个通用的操作系统，那代价实在太大。要实现商用无人机的普及，就必须首先解决这个根本性的问题。
- 向上：所有叶片在同一桨距（总距操纵杆：控制所有叶片的桨距；周期变距操纵杆：控制旋翼的倾斜）
- 向后：旋翼向后倾斜；叶片在朝向前方时桨距增加
- 悬停：所有叶片在同一桨距
- 向下和自转：所有叶片在低桨距
- 向前：旋翼向前倾斜；叶片在朝向后方时桨距增加
- 侧向：旋翼向移动方向倾斜；叶片在朝向相反方向时桨距增加
- 转向：直升机悬停；尾桨叶片的桨距变化使机身旋转
汪滔的关键见解是：不再试图创建完美的数学模型，而是设计采用实时传感器数据的自适应反馈回路，进行连续的微调 。这种向实际应用适应能力的转变，成为大疆未来技术优势的基石。
汪滔设计的系统每秒50 次检查位置，并立即进行修正。这其中不涉及复杂的物理计算——只需基于传感器反馈进行连续微调。这种方法类似于我们在不经思考的情况下，下意识地平衡自行车。
大疆的控制系统还获得了微型陀螺仪、加速度计、气压计、指南针和GPS 的支持。战略性的组件布局最大限度地减少了电机产生的振动和电磁干扰。这种集成成为其关键竞争优势。
汪滔设计的控制架构包括三个相互关联的系统：
- 悬停控制（保持位置）
- 半自动飞行（速度指令）
- 地面站导航（跟随航点）
这种嵌套PID 控制回路的方法如何创造了大疆的可靠性优势？ （PID 指的是比例-积分-微分控制器（Proportional-Integral-Derivative Controller），它是一种广泛应用于工业控制和自动化系统中的反馈控制算法。PID控制器通过调整系统的比例、积分和微分三个参数，来实现对系统输出的精确控制。） 请看视频：
即使以今天的标准来看，实际结果也令人印象深刻：
- 悬停精度在0.18 米以内
- 导航线路超过7.8 公里
- 速度偏差低于0.25 米/ 秒
这些指标验证了该方法在商业产品中的可靠性。
与这项研究齐头并进的，是大疆的成立，在汪滔和李泽湘教授领导下的发展壮大。这并非巧合——可以说，正是这种深厚的技术基础催生了一个成功的消费级产品。短短几年时间，大疆利用这些技术占据了全球70% 的市场份额。
这项研究中首创的安全功能也成为大疆的竞争壁垒：
- 通信丢失时的故障保护协议
- 无GPS 信号下的室内稳定性
- 传感器保护的振动隔离
这些如今已成为标准的功能，在最初进入消费市场时至关重要。
其中，最具创新性的技术可能就是使用频率分析的自动调谐系统——大疆的控制系统可以自行进行校准，类似于智能手机自动调整相机设置的功能。这一功能使得大疆无人机能够自己适应不同的飞机特性，而无需用户干预。
大疆的控制系统使得自主飞行变得可靠，从而为现今的应用奠定了基础：
- 实时地图绘制
- 空中摄影
- （以前需要直升机完成的）基础设施检查
可以说，大疆15 年的研发领先优势直接建立在这项研究之上。
大疆还利用这些技术开发了：
- 用于精确定位的RTK 模块 （实时动态定位模块，Real-Time Kinematic Module ）
- 先进的测绘和测量能力
- （以最少计算资源实现的）高效数据处理
大疆利用了中国在塑料、小型电动机和大规模电子产品生产中的领先地位，结合其先进的技术优势，持续占据市场主导地位。
无人机何时从专业的军事工具转变为日常消费设备？答案是：当不再需要专业知识时。而汪滔的研究正标志着这一转折点，他在论文中就体现出把这一技术推向消费者的意图。就像图形界面将计算从程序员手中解放出来，普及到日常用户之中一样，当下的城市空中交通和飞行出租车项目直接建立在这些控制原则上。它们已经在软硬件各方面实现进化，以支持人类的各种运输所需。
今天的航空创新也建立在类似的研究基础之上，在中国，无人机的迅猛发展，也在催生着eVLOT 和城市的低空经济。
最成功的技术往往会成为我们视为理所当然的“隐形”基础设施。 这就是大疆成功的原因——让复杂的技术隐入背景。汪滔最初关于直升机稳定性的研究项目，创造了一个全新的、人人都能使用的飞行设备。