基于PX4实现的四旋翼建模与控制[理论+实战]

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目前，四旋翼无人机在农业植保、物流配送、竞技飞行及科研实验等领域得到广泛应用。许多公司、科研机构与无人机爱好者都会开发自己的飞控平台，在众多开源飞控平台中，PX4以其完善的功能、优异的性能以及友好的生态脱颖而出。

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不仅是科研机构大量使用PX4，许多公司也会基于PX4进行改进完善，实现工业级的需求。因此，能够基于PX4进行二次开发对于学习和工作都有着重要的价值和意义。飞控平台是一个复杂的软硬件系统，软件系统大致可以分为嵌入式、导航与控制三大部分，每一部分都需要专业的知识和经验。本课程针对控制这一大模块，分三步走，旨在让学员能够学懂PX4的控制器系统并具备二次开发的能力。
飞控学习三步走
第一步，飞起来
课程拥有配套的无人机平台，支持PX4代码，通过选择合适的硬件系统，该无人机具备良好的飞行性能。该无人机搭配[color=var(--weui-LINK)]光流与GPS等模块，支持室内室外飞行。课程将介绍组装、传感器与遥控器校准、参数调试、代码下载及实际飞行测试等基本内容，让学员在最短的时间内完成整机飞行测试。对于初接触飞控的小白，如果自行摸索，这个过程可能要花费数月时间，而且内容零散难以形成完整的知识体系，实验测试甚至有炸机风险。

整机实物图，联系微信：cv3d007，可采购课程配套无人机硬件。<span style="outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;"/>「御风250」-四旋翼无人机（基于PX4）[硬件+代码]<span style="outline: 0px; max-width: 100%; color: rgb(255, 41, 65); box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;"/>
3DCV
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第二步，读代码
这个过程是向PX4学习的过程。PX4有着完善的功能，但这也意味着有复杂的代码。初次阅读可能无从下手，找不到重点。课程会先简要介绍PX4整体代码内容，然后重点介绍控制模块相关内容。
控制模块可以分为控制逻辑和控制算法两大部分，逻辑用于处理各种输入输出的选择、切换等，算法是输入输出具体关系的数学表示。
PX4使用的控制算法是基于[color=var(--weui-LINK)]四元数的PID，但是相比于传统的单级PID要复杂很多，一是因为多个PID串联，二是因为是改进的PID，例如微分项不对期望进行微分且加入滤波，又如使用了饱和积分算法。
如果缺乏控制算法的知识是很难理解代码内容的。除了上述的控制算法，控制逻辑也至关重要。课程还会讲解PX4中各种模式的切换、一键起飞、一键降落等过程。为了实现一个良好的飞行效果与用户体验，这些模块都值得专门地研究。
PX4速度控制框图
第三步，改代码
尽管PX4已经很强大，但也不能说完美无缺，而且不可能完全满足需求。课程将以两个典型例子展开，帮助学员实现改代码的能力。
第一个例子是在科研领域热门的SO(3)控制。
PX4虽然使用了四元数作为姿态控制，但是其中涉及欧拉角的计算，并不能完全避免欧拉角[color=var(--weui-LINK)]奇异值的问题。基于SO(3)的控制器能够完美地避免[color=var(--weui-LINK)]欧拉角的缺陷，实现任意姿态的飞行控制，而且基于SO(3)的姿态控制能够方便地与轨迹规划结合。
第二个例子是自抗扰控制器(ADRC)，和PID一样，该控制算法在工业界得到广泛的应用和验证。
通过加入观测器，ADRC实现更鲁棒的控制，抗扰动能力更强。通过学习这个例子，学员不仅能够学会这两个控制器算法，而且能够实现算法与逻辑的对接，实现自定义数据格式与日志记录，为日后的创新打下坚实的基础。
除了以上三大步骤中的内容，通过学习此课程还可以收获一套高效的飞行控制开发流程。课程不仅有配套的四旋翼硬件平台，还提供该四旋翼对应的的数学模型。该模型通过修改PX4自带的Gazebo模型实现。
在实际开发中，不仅可以通过Gazebo仿真验证[color=var(--weui-LINK)]算法逻辑，而且可以使用Gazebo仿真验证算法效果，Gazebo仿真中得到的效果基本可以在实物上复现，加速前期开发流程，减小试错成本。
综上，此课程针对四旋翼控制这一领域，使用PX4平台进行二次开发，基本包含PX4控制全部内容，带领学员从入门到中级。最后，建议此课程与姊妹篇《零基础入门四旋翼建模与控制（MATLAB仿真）》一起学习，相互弥补。

学后收获（硬件需额外单独购买）

收获一台带模型的无人机硬件平台，实现从零到一的飞行；
收获一套完整的PX4软件开发平台，实现二次开发；
理解PX4整体框架，理解PX4控制逻辑与控制算法；
收获一套基于SO3与一套基于ADRC的高性能控制器；
该课程还会涉及Git等工具使用，在实战中快速上手，方便后期学习工作使用。

面向人群

刚入门与初级的四旋翼的本科生、研究生；
有一定飞控基础想了解PX4的学员；
对于完成论文实验有需求的学员；
对四旋翼飞行控制感兴趣的学员。

课程特色

课程以PX4为硬件平台，起点在世界第一梯队；
课程给出配套飞控系统，并且提供无人机模型参数，为控制器设计提供理论基础；
课程介绍完整的PX4控制器相关内容，建立一个完整的知识体系；
课程基于PX4进行二次开发，提供性能优异的SO(3), ADRC控制器例子。

开课时间
2023年3月23日晚上8点（周六），每周更新一章节。
课程答疑
本课程答疑主要在本课程对应的鹅圈子中答疑，学员学习过程中，有任何问题，可以随时在鹅圈子中提问。

整机实物图，联系：cv3d007，可采购课程配套无人机硬件。「御风250」-四旋翼无人机（基于PX4）[硬件+代码]
注：即使不够买硬件，课程同样提供了提前采集好的数据集，可以正常学习。
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