PX4飞控开发基础之姿态控制
姿态控制模块的一般结构
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头文件和命名空间：代码开始时包括必要的头文件和使用适当的命名空间，这为模块提供必要的库和功能。
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类定义：定义MulticopterAttitudeControl类，具有执行姿态控制所需的属性和方法。这通常包括：
存储当前和期望状态的成员变量。
滚转、俯仰和偏航的PID控制器。
传感器数据和设定点的订阅器。
输出如执行器命令的发布器。 -
构造函数和析构函数：这些初始化和清理类实例，设置订阅器、发布器和初始化变量。
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参数初始化：加载和更新与姿态控制相关的参数，如PID增益。
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主控制循环：这是模块的核心，实际控制发生在此。它通常涉及：
读取当前状态和设定点。
计算期望状态和当前状态之间的误差。
更新PID控制器并计算控制输出。
应用限制和安全检查。
发布控制输出以驱动执行器。 -
实用功能函数：包括参数更新、安全检查和数据转换等任务的函数。
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主函数：这是模块的入口点，通常设置控制循环并处理操作系统特定的任务，如线程管理。
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姿态控制逻辑中的关键组件：
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设定点处理：模块从vehicle_attitude_setpoint等主题读入期望的姿态和推力设定点。
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状态估计：它通过传感器或估计算法获取飞行器当前的状态，包括其方向，通常通过vehicle_attitude主题。
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误差计算：计算期望状态和实际状态之间的差异（误差），这是控制调整的基础。
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PID控制：对于每个轴（滚转、俯仰、偏航），PID控制器调整误差以计算所需的控制力。
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输出生成：将PID控制器的控制力结合并映射到电机命令，考虑到飞行器的配置（例如，四旋翼、六旋翼）。
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安全和限制：模块确保输出在安全和合理的限制内，以防止危险行为。
案例介绍
以下是PX4多旋翼姿态控制模块中姿态控制代码的一个简化示例，并非实际代码，但它将帮助您理解基本概念：
// 假设已经获取了当前姿态和目标姿态，以及PID控制器的参数float roll_error = target_roll - current_roll; // 滚转角误差float pitch_error = target_pitch - current_pitch; // 俯仰角误差float yaw_error = target_yaw - current_yaw; // 偏航角误差 // 计算PID控制器的输出float roll_output = pid_roll.update(roll_error, dt); // 更新滚转控制器float pitch_output = pid_pitch.update(pitch_error, dt); // 更新俯仰控制器float yaw_output = pid_yaw.update(yaw_error, dt); // 更新偏航控制器 // 使用PID控制器的输出来调整电机速度，从而改变飞行器姿态update_motor_speeds(roll_output, pitch_output, yaw_output);
在这个示例中：
- target_roll, target_pitch, target_yaw 分别是目标滚转角、俯仰角和偏航角。
- current_roll, current_pitch, current_yaw 分别是当前的滚转角、俯仰角和偏航角。
- pid_roll, pid_pitch, pid_yaw 是针对滚转、俯仰和偏航的PID控制器。
- update_motor_speeds() 是一个假设的函数，根据控制器输出调整电机的速度，这影响飞行器的姿态。
姿态控制是实现稳定飞行和执行精确机动的基础。在PX4中，姿态控制模块是核心功能之一，它需要根据实际飞行器的特性和所需性能进行精确调整和优化。
参考代码：
Kerloud飞控官方支持的LTS代码： https://github.com/cloudkernel-tech/Firmware/blob/master_kerloud_v1.11.3/src/modules/mc_att_control/mc_att_control_main.cpp
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