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フライトコントローラPX4の中身(制御器)を覗いてみた
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ざきまつ
November 09, 2025
Technology
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フライトコントローラPX4の中身(制御器)を覗いてみた
制御工学勉強会第26回(2025/11/08) お気軽セッションでの発表
ざきまつ
November 09, 2025
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Transcript
フライトコントローラPX4の中身(制御器)を覗いてみた ~自作ドローンのすゝめのすゝめ~ ざきまつ 制御工学勉強会 第025回(2025/11/07) :santana_hammer :https://trigger-fk.github.io
今日のお品書き • 自己紹介 • PX4って何? • PX4の制御構造
Recap: 自己紹介 • 生息地:修羅の国 • 研究 :ロボット×制御理論(サンプル値系) • 所属 学部:機械システム工学科
修士:機械システムコース 博士:情報科学系 • ロボット系の活動 学部:RoboMaster 修士:RoboCup@Home 博士:Maritime RobotX Challenge, RoboBoat
制御屋さんにとってのドローンの現状 Shenzhen Ryze Technology Co.,Ltd. TELLO EDU Parrot Minidrone MAMBO
FLY 制御屋さん「ハードわかんない…せや!!市販品使おう!!」 生産・販売終了 (MAMBO FLYについてはサポートも終了)
制御屋さんにとってのドローンの現状 正直,制御精度もそんなに良くない
制御屋さんにとってのドローンの現状 2.1は技適取得,2.0は未取得,機体サイズが小さい そうだ,自分でドローン作ってしまおう
PX4とは オープンソースのフライトコントローラ用ソフトウェア MAVSDK/ROS 2連携が簡単 QGroundControl主流 (設定~ミッション~ログ可視化が一貫) uORBを用いたPub/Sub構造 (超軽量・リアルタイム向け)
PX4とは • 出身:チューリッヒ工科大学(ETZ) • Pixhawkプロジェクトで誕生したフライトコントローラ • 僕の所属研究室でよく使っています A. Sakaguchi et
al., “A novel quadrotor with a 3-axis deformable frame using tilting motions of parallel link modules without thrust loss,” IEEE Robot. Autom. Lett. with IROS 2022 presentation option, vol. 7, no. 4, pp. 9581-9588, 2022.
Controller Diagrams
Position Controller • 構造:Pコントローラ • 速度は所定の範囲に収まるようサチュレーションされる
Velocity Controller • 構造:微分先行型PIDコントローラ • 積分器にクランピング方式のARWを組み込み,ワインドアップを防止 • 指令された加速度そのものはサチュレーションされない(傾斜角と合わせて処理)
Velocity Controller
Angle Controller • 構造:Pコントローラ…??? • クォータニオン(四元数)を使用 • レート指令はサチュレーション(上限・下限で飽和)される
Angular Rate Controller • 構造:微分先行型PIDコントローラ • 出力は制限され,通常は −1 ~ 1
にクリップ • ノイズ低減のため、微分経路にはローパスフィルタを使用
Controller Diagrams
Mixier 制御器から送信される目標トルク・推力コマンドを、モータ等のアクチュエータ指令に変換
まとめ(雑) • スイス生まれのオープンソースなフライトコントローラ • 実装時に使うツールとの相性が結構よい • カスケード構造の制御器 • 各制御器は,P制御もしくは微分先行型PID制御で構築 •
好きなモータ,好きなESC,好きなフレームを集めてドローンを作って飛ばそう!! ※(改正)航空法,および電波法に準拠して製作・飛行を行いましょう 「リアプノフ候補関数による,姿勢制御器の安定性解析とかないの?」 → あなたもこちら側へ堕ちてしまったのですね…いつか話します
謝辞 坂口聡範 先生 (九州大学 システム情報科学研究院 電気システム工学部門 )