PX4之飞行控制框架-Toy模板网

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PX4的飞行控制程序通过模块来实现，与飞控相关的模块主要有commander，navigator，pos_control，att_control这几个，分别可以在src/modules目录中找到。
commander - 指令/事件处理模块，处理指令、遥控器输入和各种事件，设定飞行器状态和控制模式
navigator - 导航模块，根据指定的任务输出导航轨迹
pos_control - 位置控制，根据指定的轨迹或者位置实施位置控制，输出飞行器目标姿态
att_control - 姿态控制，控制飞行器姿态，使飞行器达到预期的速度/加速度等

整体的控制框架大致如下：
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其中，commander用于事件的处理，事件的类型可以包括遥控操作、用户指令、状态判断等。navigation, pos control, att control三个模块依次实现层级的飞行控制，从飞行轨迹到电机输出。每一层的输出是下一个环节的输入值，比如navigation的输入为设定的轨迹，输出为位置/速度的设定值，作为pos control的输入，pos control的输出为姿态的设定值，作为att control的输入，att control实现姿态控制，它的输出为电机的控制信号。commander处理信息和事件时会更改飞行器状态（vehicle status）和控制模式（control modes）的值，从而来确定控制系统的运行模式，比如手动控制、位置控制、定高控制、自动起飞等。

1. commander
由commander.cpp实现，它的主要作用是对事件/消息做出响应，并根据事件/消息控制飞行器的状态和飞行模式，分析commander.cpp的源代码，它的输入输出如下图
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其中椭圆形表示模块，在程序中对应具体的module实现，方形表示信息，通过orb_publish，orb_subscribe等函数发布和订阅。commander的主要输入包括遥控器输入（manual_control_setpoint）、飞行器命令（vehicle_command）和着陆判断（vehicle_land_detect）、电池状态（battery_status、system_power）等信息。输出主要有飞行器状态（vehicle_state）、飞行器控制模式（vehicle_control_mode）等信息。其中黄色部分为最主要输出信息。

2 navigator
navigator主要用来实现导航功能，即根据用户指定的任务给出飞行器需要实现的轨迹。它的消息输入输出结构如下图
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主要的输入为位置信息（vehicle_global_position，vehicle_local_position）、飞行器命令和任务指令（vehicle_command，mission），飞行器状态（vehicle_status）。输出为位置设定值（position_setpoint_triplet）和任务结果（mission_result）。

3 pos_control
pos_control主要用来实现位置/速度控制，根据设定的位置/速度输出需要实现飞行器姿态。它的消息输入输出结构如下图
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主要的输入信息为飞行器状态（vehicle_status），控制模式（vehicle_control_mode），位置设定值（position_setpoint_triplet）等，主要的输出为飞行器的姿态设定值（vehicle_attitude_setpoint），用于后续的姿态控制。

4 att_control
att_control主要用来实现姿态控制，即控制飞行器达到指定的姿态，飞行器的速度、位置等状态都通过姿态控制来实现。它的消息输入输出结构如下图
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它的主要输入信息为飞行器状态（vehicle_status），控制模式（vehicle_control_mode），姿态设定值（vehicle_attitude_setpoint），手动控制输入（manual_control_setpoint）等。它的输出主要为电机控制信号（actuators_control_0）。

5 整体控制框架
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整体控制框架如上图所示，里面主要包含commander，navigator，pos_control，att_control等模块，主要的逻辑如前面所述，navigator、pos_control、att_control形成串级的控制系统，每一层的输出为下一层的输入。commander作为主要的调度方，接收各种信息和事件，主要通过vehicle_status和control_mode这两个变量来控制三个控制模块的运作。从而使飞行器实现不同模式的控制。