超详细多旋翼无人机飞控 pid 控制器结构图（含视觉追踪）

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• 很久不做嵌入式了，今天找到以前画的飞控 pid 结构图，分享一波
• 本人的相关视频
  1. pid原理的讲解
  2. 无人机控制 & 视觉追踪演示
• 主要基于匿名飞控绘制

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1. 普通遥控

1.1 各控制器示意图

1.1.1 高度控制

• 注意其中速度环和加速度环都是可选的
  

1.1.2 姿态控制

• 姿态模式下，遥控器直接控制机体水平倾斜角度，飞机会以固定加速度移动。当光流模块离线时只能使用此方案，维持最低限度的水平控制能力
  

1.1.3 光流定点 & 水平移动

• 光流是个水平测速传感器，当遥控器无输入时，通过设置期望速度为 0 使飞机定点在原地；另外水平移动时的也是通过将杆量映射到期望速度实现的
  

1.1.4 航向控制

• 如果室内磁力计测不准，这里就不要做融合了
  

1.2 总图

2. 视觉跟踪

• 我之前实现的效果参考此处 【电赛】 无人机视觉追踪，可见视觉追踪包括两种情况
  1. xoz 平面追踪：对于单摄像头而言，此时机体平移和自转时，识别目标的移动情况是等效的，因此我这里选择锁定yaw轴，仅保留左右和上下平移两个自由度实现跟踪
     
  2. xoy 平面追踪：这里我需选择仅保留左右和前后平移两个自由度实现跟踪，高度和 yaw 轴都是锁死的
     

2.1 各控制器示意图

2.1.1 高度跟踪

• xoz 平面跟踪时使用此高度控制器
  

2.1.2 视觉定点 & 水平跟踪

• xoz 平面左右跟踪 & xoy 平面水平跟踪都可使用此控制器
  

2.2 总图

• xoz 平面追踪总图，yaw 轴锁死，仅保留左右和高度平移两个自由度，目标水平位置和垂直位置通常设为摄像头屏幕中心点坐标。这是前面视频里演示的 xoz 跟随的控制器总图（航向控制器省略）
  
• 把高度环也锁死去掉，开放前后左右两个维度的水平控制，就得到 xoy 跟踪的总图，此处省略

3. 类 Robomaster 步兵云台跟随总图

• 本人曾经写了三年 RM 步兵的代码，RM的视觉自瞄大概是这样一个思路

  1. Tx2 识别到目标，位置坐标发给车载控制器 stm32
  2. stm32 拿到坐标，输入云台的位置-速度控制器，自动瞄准目标。此时若遥控器或键鼠控制器有人为指令输入，则人为指令优先
  3. 底盘 yaw 轴根据云台 yaw 电机中点位置，自动转向目标
  4. 一旦目标丢失，立即还原到手动控制

• 无人机视觉跟踪也可以按 RM 的视觉自瞄的思路来做，对应到第 2 节开头的描述，它是属于 “锁定平移的xoz平面跟踪”，这种情况下总图如下所示（请点击查看大图）