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

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1. 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
2. 今日のお品書き • 自己紹介 • PX4って何？ • PX4の制御構造
3. 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
4. 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）
5. 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
6. 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
7. 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）
8. 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.
9. Controller Diagrams
10. 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
11. 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）
12. Velocity Controller
13. 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
14. 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
15. Controller Diagrams
16. 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
17. 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
18. 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 ）