如何使用px4来开发新机型

首先说明一下本篇文章是讲解什么的，是制作一个飞行器，但是不算是旋翼类型，也不是固定翼类型，属于，自定义的控制类型，因为需要飞行，所以在px4这个开源平台上会很方便，调用内部的传感器，陀螺仪，气压计，gps，等等都已经集成好了，很方便前期的验证和测试

硬件：cuav x7+

配置：

机架配置: ROMFS/px4fmu_common/init.d/airframes/8010_hetero_10pwm
混合器: `ROMFS/px4fmu_common/mixers/hetero_10pwm.main.mix`
控制模块: src/systemcmds/hetero_passthrough/

1 .确定机架类型和需求,根据项目和自己需求来选择

2.创建机架配置文件，就是配置对应的电机参数，以及飞控外设的各个参数等等，比较多，可以参考其他机架

3 创建混合器文件，混控器就是"控制指令 → 执行器"的分配表

4 配置控制分配参数，每个电机的位置和力矩系数，电机数量

5创建自定义控制模块，存放自己写的逻辑和相关处理

5 配置参数文件，参数表

7编译和测试

1.第一步：配置px4的编译环境

px4在windows的编译环境有点难安装，所以我是使用linux的环境来进行编译，编译烧录会更加友好，使用虚拟机也可以。

复制代码

bash ./Tools/setup/ubuntu.sh

这是对应的配置环境的脚本，似乎还支持arch-linux和mac和docker的一键配置脚本

我的是ubuntu，所以我使用的是ubuntu的脚本，然后第一步，配置px4的编译环境就ok了

2.第二步：编译对应的开发板

以下是不同飞控开发板的编译和烧录

复制代码

## 1. 编译命令（针对不同硬件）
make cuav_x7pro_default -j4                   # 编译CUAV X7 Pro固件
make px4_fmu-v5_default -j4                    # 编译Pixhawk 4 (FMUv5)固件
make px4_fmu-v4_default -j4                    # 编译Pixhawk 2.4.8 (FMUv4)固件
make px4_fmu-v3_default -j4                    # 编译Pixhawk 1 (FMUv3)固件
make holybro_kakuteh7_default -j4              # 编译Holybro Kakute H7固件
make omnibus_f4sd_default -j4                  # 编译Omnibus F4 SD固件
make radiolink_PIX6_default -j4                # 编译Radiolink Pix6固件
make bitcraze_crazyflie_default -j4           # 编译Crazyflie 2.0固件

## 2. 烧录命令
make cuav_x7pro_default upload -j1             # 烧录CUAV X7 Pro固件
make px4_fmu-v5_default upload                 # 烧录Pixhawk 4固件
make holybro_kakuteh7_default upload           # 烧录Holybro Kakute H7固件
make omnibus_f4sd_default upload               # 烧录Omnibus F4 SD固件
make radiolink_PIX6_default upload             # 烧录Radiolink Pix6固件
make bitcraze_crazyflie_default upload        # 烧录Crazyflie 2.0固件

px4支持很多厂家的开发板

3dr，raspberrypi，cuav等等厂家的开发板，例如cuav下面还有对应的开发板固件

比如我使用的是cuav的x7+，固件和x7pro是一样的,编译

复制代码

make cuav_x7pro_default -j4

就是使用四线程来编译cuav_x7_default ，注意这个编译过程，需要从github上拉取一些模块，需要魔法上网，不然会编译失败。

为什么是编译cuav_x7pro_default,因为是编译这个配置，你也可以写一个自己的对应开发板的配置，比如命名为a.px4board，那么编译就会变成make cuav_x7pro_a -j4

烧录指令：对应开发板对应烧录指令

复制代码

make cuav_x7pro_default upload -j1

3.第三步，写一个自定义机架

机架ID分配规则

4000-4099: 四旋翼
5000-5099: 六旋翼
6000-6099: 八旋翼
8000-8099: 特殊/异构机架
13000-13999: VTOL机架
50000-59999: 地面车辆

首先找到airframes，这个是存放各种机架的参数，我们随便复制一个机架参数，然后粘贴，然后改名为你对应机架的命名。这个是在qgc上可以选取到你新建的机架，要是你想要在qgc上也添加对应的图表，需要编译qgc，在南京超维的博客上有教程，可以找来试试，我这里是存放在八旋翼下面的一个机型，虽然是在八旋翼的机型下面，但是飞行原理和八旋翼区别很大

复制代码

#!/bin/sh
#
# @name My Custom Frame
# @type Octorotor x
# @class Copter
# @maintainer Your Name <your.email@example.com>
#

# ====================
# 基础配置
# ====================

# 设置混合器
set MIXER my_custom_mixer
set VEHICLE_TYPE mc

# ====================
# EKF2配置
# ====================

param set-default EKF2_EN 1
param set-default EKF2_MULTI_IMU 1
param set-default SENS_IMU_MODE 1
param set-default EKF2_MAG_TYPE 0
param set-default EKF2_GPS_CTRL 0

# ====================
# 安全配置（根据需求调整）
# ====================

# 解锁安全检查
param set-default COM_ARM_WO_GPS 1
param set-default COM_ARM_MAG_ANG 180
param set-default ARMING_CHECK 0

# 禁用不必要的检查
param set-default CBRK_SUPPLY_CHK 894281
param set-default CBRK_IO_SAFETY 22027
param set-default CBRK_USB_CHK 197848

# ====================
# 控制分配配置
# ====================

# 电机和舵机数量
param set-default CA_AIRFRAME 15
param set-default CA_ROTOR_COUNT 8
param set-default CA_SV_COUNT 2

# 电机1-8配置（根据实际布局调整）
# 格式：CA_ROTOR{编号}_PX, _PY, _KZ, _KM
# PX, PY: 电机位置（米）
# KZ: 垂直力系数
# KM: 力矩系数

param set-default CA_ROTOR0_PX 0.5
param set-default CA_ROTOR0_PY 0.5
param set-default CA_ROTOR0_KZ 1.0
param set-default CA_ROTOR0_KM 0.0

# ... 配置其他电机

# 舵机配置
param set-default CA_SV0_PX 0.0
param set-default CA_SV0_PY 0.0
param set-default CA_SV0_KM 0.0
param set-default CA_SV0_ANGLE 180.0

# ====================
# PWM输出配置
# ====================

# 主PWM通道
param set-default PWM_MAIN_MIN 1000
param set-default PWM_MAIN_MAX 2000
param set-default PWM_MAIN_DISARM 900
param set-default PWM_MAIN_FAIL 900

# 扩展通道（舵机）
param set-default PWM_MAIN_MIN11 500
param set-default PWM_MAIN_MAX11 2500
param set-default PWM_MAIN_TRIM11 1500
param set-default PWM_MAIN_FUNCTION11 41

param set-default PWM_MAIN_MIN12 500
param set-default PWM_MAIN_MAX12 2500
param set-default PWM_MAIN_TRIM12 1500
param set-default PWM_MAIN_FUNCTION12 44

# ====================
# 控制参数
# ====================

# 姿态控制参数
param set-default MC_ROLLRATE_MAX 180
param set-default MC_PITCHRATE_MAX 180
param set-default MC_YAWRATE_MAX 90

# 油门参数
param set-default MPC_THR_HOVER 0.5
param set-default MPC_THR_MAX 0.9
param set-default MPC_THR_MIN 0.0

# ====================
# 启动自定义模块
# ====================

# 启动自定义控制模块
# my_custom_controller start

# ====================
# 设置混合器
# ====================

set MIXER my_custom_mixer

我们需要在这个新建的机架里面设置对应的参数，这个参数就是和你在qgc上面那个参数列表设置参数是一样的，一开始可以参考其他机架设置参数

第四步：新建一个文件给我们自己的机架存放逻辑以及相关处理

模块目录结构

复制代码

src/systemcmds/my_custom_controller/
├── CMakeLists.txt
├── my_custom_controller.cpp
├── my_custom_controller_params.yaml
├── Control.hpp
├── Control.cpp
└── README.md

然后我们就可以在systemcmds这个文件下面新建一个hetero_passthrough文件夹，这个文件夹

第五步：新建文件之后，第一步就是编写cmakelist

复制代码

px4_add_module(       //添加px4的模块，也就是把我们的代码添加到模块去
  MODULE systemcmds__hetero_passthrough  //后面是模块的名字，前面说明是哪个板块的模块
  MAIN hetero_passthrough  //主模块
  SRCS  //对应依赖的代码文件
    hetero_passthrough.cpp  //逻辑代码
    Control.cpp 
    vector_angles.cpp
    EvPositionManager.cpp
    OpticalFlowProcessor.cpp
  MODULE_CONFIG   //模块的配置文件，可以设值配置文件，然后可以在qgc的参数设置的位置进行调整
    hetero_passthrough_params.yaml
  DEPENDS
    px4_work_queue   //加入到px4的线程
)

第六步：编写kconfig

编写这个kconfig的作用是用来给px4,判断使用编译这个模块，要是不编译就是default，给n，然后，就不会把这些代码编译到飞控

第七步：编写混控器

编写这个混空器，是来判断你的控制是怎么控制的，是使用矩阵控制还是什么，我在这里是写成使用遥控器直接控制，跳过矩阵分配

-`R`: 旋转翼混合器

-`16x`: 16个通道

`10000 10000 10000 0`: 直通系数（roll, pitch, yaw, thrust）

然后在机架参数那设置

8.编写参数配置文件（可选，方便调试）

`src/systemcmds/my_custom_controller/my_custom_controller_params.yaml`

编写参数配置文件，可以实现，在qgc上实现调试

9.常用指令

复制代码

# 清理旧构建
make clean

# 编译固件
make px4_fmu-v5_default

# 或单独编译模块
make px4_fmu-v5_default systemcmds__my_custom_controller

# 使用PX4上传工具
make px4_fmu-v5_default upload

10. PX4常见数据名称、变量和概念解释

1. 传感器数据

1.1 光流（Optical Flow）

消息主题：`vehicle_optical_flow`

复制代码

// 在hetero_passthrough.cpp中的使用
#include <uORB/topics/vehicle_optical_flow.h>

// 订阅光流数据
uORB::Subscription _optical_flow_sub{ORB_ID(vehicle_optical_flow)};

// 关键变量
vehicle_optical_flow_s flow;
flow.pixel_flow[0];      // X方向像素流（弧度/秒）
flow.pixel_flow[1];      // Y方向像素流（弧度/秒）
flow.integration_timespan; // 积分时间（微秒）
flow.quality;            // 数据质量（0-100%）
flow.max_flow_rate;      // 最大流率
flow.min_ground_distance;// 最小地面距离
flow.max_ground_distance;// 最大地面距离


# 光流参数
param show EKF2_OPTICAL_CTRL    # 光流控制使能
param show EKF2_OF_POS_X        # 光流X位置
param show EKF2_OF_POS_Y        # 光流Y位置
param show EKF2_OF_QMIN         # 最小质量阈值

1.2 GPS数据

消息主题：`vehicle_gps_position`

复制代码

#include <uORB/topics/vehicle_gps_position.h>

// 订阅GPS数据
uORB::Subscription _gps_sub{ORB_ID(vehicle_gps_position)};

// 关键变量
vehicle_gps_position_s gps;
gps.lat;                // 纬度（度 * 1e7）
gps.lon;                // 经度（度 * 1e7）
gps.alt;                // 海拔高度（毫米）
gps.alt_ellipsoid;      // 椭球高度（毫米）
gps.vel_n_m_s;          // 北向速度（米/秒）
gps.vel_e_m_s;          // 东向速度（米/秒）
gps.vel_d_m_s;          // 地向速度（米/秒）
gps.fix_type;           // 定位类型（0-5）
gps.satellites_used;    // 使用卫星数
gps.hdop;               // 水平精度因子
gps.vdop;               // 垂直精度因子


# GPS参数
param show EKF2_GPS_CTRL        # GPS控制使能
param show EKF2_GPS_P_NOISE     # GPS位置噪声
param show EKF2_GPS_V_NOISE     # GPS速度噪声
param show COM_ARM_WO_GPS       # 无GPS解锁

1.3 本地位置数据（EKF2输出）

消息主题：`vehicle_local_position`

复制代码

#include <uORB/topics/vehicle_local_position.h>

// 在hetero_passthrough中的使用
uORB::Subscription _vehicle_local_position_sub{ORB_ID(vehicle_local_position)};

// 关键变量
vehicle_local_position_s local_pos;
local_pos.x;            // X位置（米，NED坐标系）
local_pos.y;            // Y位置（米，NED坐标系）
local_pos.z;            // Z位置（米，NED坐标系，向下为正）
local_pos.vx;           // X速度（米/秒）
local_pos.vy;           // Y速度（米/秒）
local_pos.vz;           // Z速度（米/秒）
local_pos.ax;           // X加速度（米/秒²）
local_pos.ay;           // Y加速度（米/秒²）
local_pos.az;           // Z加速度（米/秒²）

// 有效性标志
local_pos.xy_valid;     // XY位置有效
local_pos.z_valid;      // Z位置有效
local_pos.v_xy_valid;   // XY速度有效
local_pos.v_z_valid;    // Z速度有效
local_pos.xy_global;    // XY是全局坐标（GPS）
local_pos.z_global;     // Z是全局坐标

2. 控制数据

2.1 遥控器输入

消息主题：`manual_control_setpoint`

复制代码

#include <uORB/topics/manual_control_setpoint.h>

// 在hetero_passthrough中的使用
uORB::Subscription _manual_sub{ORB_ID(manual_control_setpoint)};

// 关键变量
manual_control_setpoint_s manual;
manual.throttle;        // 油门（-1.0到1.0）
manual.roll;            // 横滚（-1.0到1.0）
manual.pitch;           // 俯仰（-1.0到1.0）
manual.yaw;             // 偏航（-1.0到1.0）
manual.timestamp_sample;// 采样时间戳

2.2 电机控制输出

消息主题：`actuator_motors`

复制代码

#include <uORB/topics/actuator_motors.h>

// 在hetero_passthrough中的使用
uORB::Publication<actuator_motors_s> _motors_pub{ORB_ID(actuator_motors)};

// 关键变量
actuator_motors_s motors;
motors.timestamp;       // 时间戳
motors.timestamp_sample;// 采样时间戳
motors.control[0];      // 电机1控制量（0.0-1.0）
motors.control[1];      // 电机2控制量
// ... 最多16个电机

2.3控制舵机

消息主题：`actuator_outputs`

复制代码

#include <uORB/topics/actuator_outputs.h>

// 用于舵机输出
actuator_outputs_s outputs;
outputs.output[0];      // 输出通道1（-1.0到1.0）
outputs.output[1];      // 输出通道2
// ... 最多16个输出

3. 状态数据

3.1 飞行器状态

消息主题：`vehicle_status`

复制代码

#include <uORB/topics/vehicle_status.h>

// 在hetero_passthrough中的使用
uORB::Subscription _vehicle_status_sub{ORB_ID(vehicle_status)};

// 关键变量
vehicle_status_s vstatus;
vstatus.arming_state;   // 解锁状态
vstatus.nav_state;      // 导航状态
vstatus.system_type;    // 系统类型
vstatus.system_id;      // 系统ID
vstatus.component_id;   // 组件ID
vstatus.vehicle_type;   // 车辆类型

解锁状态常量
// 在vehicle_status.h中定义
vehicle_status_s::ARMING_STATE_INIT
vehicle_status_s::ARMING_STATE_STANDBY
vehicle_status_s::ARMING_STATE_ARMED
vehicle_status_s::ARMING_STATE_STANDBY_ERROR
vehicle_status_s::ARMING_STATE_SHUTDOWN

3.2 姿态数据

消息主题：`vehicle_attitude`

复制代码

#include <uORB/topics/vehicle_attitude.h>

// 在hetero_passthrough中的使用
uORB::Subscription _vehicle_attitude_sub{ORB_ID(vehicle_attitude)};

// 关键变量
vehicle_attitude_s attitude;
attitude.q[0];          // 四元数w
attitude.q[1];          // 四元数x
attitude.q[2];          // 四元数y
attitude.q[3];          // 四元数z
attitude.timestamp;     // 时间戳

// 转换为欧拉角
matrix::Eulerf euler_angles(matrix::Quatf(attitude.q));
float roll = euler_angles.phi();     // 横滚角（弧度）
float pitch = euler_angles.theta();  // 俯仰角（弧度）
float yaw = euler_angles.psi();      // 偏航角（弧度）

3.3 角速度数据

消息主题：`vehicle_angular_velocity`

复制代码

#include <uORB/topics/vehicle_angular_velocity.h>

// 在hetero_passthrough中的使用
uORB::Subscription _vehicle_angular_velocity_sub{ORB_ID(vehicle_angular_velocity)};

// 关键变量
vehicle_angular_velocity_s angular_velocity;
angular_velocity.xyz[0]; // X角速度（横滚，弧度/秒）
angular_velocity.xyz[1]; // Y角速度（俯仰，弧度/秒）
angular_velocity.xyz[2]; // Z角速度（偏航，弧度/秒）

常见参数前缀

复制代码

# 控制参数
MC_     # 多旋翼控制参数
FW_     # 固定翼控制参数
VT_     # VTOL控制参数
R_      # 地面车辆控制参数

# 估计器参数
EKF2_   # EKF2估计器参数
LPE_    # 本地位置估计器参数

# 传感器参数
SENS_   # 传感器参数
CAL_    # 校准参数

# 系统参数
SYS_    # 系统参数
COM_    # 通信/命令参数
NAV_    # 导航参数

# 安全参数
CBRK_   # 安全检查绕过

5. 坐标系和单位

复制代码

### 5.1 坐标系

- __NED坐标系__：北-东-地（North-East-Down）

  - X: 北向（正北）
  - Y: 东向（正东）
  - Z: 地向（正下）

- __机体坐标系__：前-右-下（FRD）

  - X: 前向（机头方向）
  - Y: 右向（机翼右侧）
  - Z: 下向（机身下方）

### 5.2 角度单位

- __弧度（rad）__：内部计算使用
- __度（°）__：显示和参数使用
- 转换：`度 = 弧度 × 180 / π`

### 5.3 时间单位

- __秒（s）__：控制周期
- __毫秒（ms）__：`1ms = 0.001s`
- __微秒（μs）__：`1μs = 0.000001s`
- __纳秒（ns）__：`1ns = 0.000000001s`

6. 常见缩写和术语

6.1 传感器相关

IMU: 惯性测量单元（Inertial Measurement Unit）
EKF: 扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter）
EKF2: PX4的第二代EKF
GPS: 全球定位系统（Global Positioning System）
RTK: 实时动态定位（Real-Time Kinematic）
UWB: 超宽带（Ultra-Wideband）
LIDAR: 激光雷达（Light Detection and Ranging）

6.2 控制相关

PID: 比例-积分-微分控制
LQR: 线性二次调节器
MPC: 模型预测控制
CA: 控制分配（Control Allocation）
MIXER: 混控器

6.3 系统相关

uORB: 微对象请求代理（micro Object Request Broker）
MAVLink: 微型飞行器链接协议
QGC: QGroundControl地面站
SITL: 软件在环仿真（Software-In-The-Loop）
HITL: 硬件在环仿真（Hardware-In-The-Loop）