[BF学院_卷1] -- 第八讲：飞手打杆以后，飞控首先得到什么？

第八讲：飞手打杆以后，飞控首先得到什么？

• Angle Mode（自稳模式）的控制链路总览
• 飞手真正控制的是什么
• 为什么遥控器不是直接控制电机
• angleTarget（目标姿态角）的来源
• angleTarget（目标姿态角）为什么这样计算
• 控制链路正式开始

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本讲对应 Betaflight 源码

源码文件

src/main/flight/pid.c

核心函数

pidLevel()

核心变量

currentPidSetpoint

angleTarget

本讲对应控制流程

RC（遥控器）
        │
        ▼
currentPidSetpoint
        │
        ▼
angleTarget（目标姿态角）

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本讲学习目标

阅读完本讲以后，你应该能够回答：

□ 飞手真正控制的是什么？

□ currentPidSetpoint 从哪里来？

□ angleTarget（目标姿态角）是什么？

□ angleTarget 为什么这样计算？

□ 飞控为什么要先得到 angleTarget，而不是直接控制电机？

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从这一讲开始，我们正式进入 Betaflight

前面的几讲，

我们一直讨论：

飞机应该怎样运动。

例如：

Yaw 应该绕 Earth Frame（地球坐标系）旋转。

Pitch Flip 为什么只能用于 180°。

这些内容，

都是为了建立：

空间直觉。

但是，

从这一讲开始，

我们正式进入：

Betaflight 源码。

我们的目标，

也发生了变化。

以后，

每一讲都会围绕一个核心问题：

飞控是怎样把飞手的控制意图，

一步一步翻译成电机控制命令的？

整个过程，

我们都会对应：

Betaflight 源码，

逐行理解。

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飞手真正控制的是什么？

很多初学者，

都会认为：

飞手控制的是：

电机。

或者：

飞手控制的是：

飞机姿态。

其实，

这两种说法，

都不准确。

飞手真正控制的是：

遥控器摇杆。

例如：

Pitch（俯仰）

向前推一点。

飞控收到的，

只是：

一个摇杆输入。

此时，

飞控仍然不知道：

飞机应该转到多少度。

因此，

第一步，

必须把：

摇杆输入

翻译成：

飞机希望到达的姿态。

这个姿态，

就是：

angleTarget（目标姿态角）。

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angleTarget（目标姿态角）到底来自哪里？

对应源码：

float angleTarget =
angleLimit
*
currentPidSetpoint
*
pidRuntime.maxRcRateInv[axis];

以后，

阅读源码，

我们遵循统一的方法。

首先，

回答第一个问题。

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angleTarget（目标姿态角）是什么？

一句话来说：

angleTarget

=

飞手希望飞机最终停留的位置。

例如：

飞手希望：

Pitch = 30°

那么：

angleTarget

=

30°

注意：

这里仍然只是：

目标。

飞机，

此时，

还没有开始运动。

飞控，

只是知道：

飞手希望飞机，

最终停留在这里。

currentPidSetpoint 到底来自哪里？

继续看源码：

float angleTarget =
angleLimit
*
currentPidSetpoint
*
pidRuntime.maxRcRateInv[axis];

阅读源码时，

按照我们的新规范，

第二步要回答：

currentPidSetpoint

来自哪里？

答案是：

RC（遥控器）

更准确地说，

对应源码：

float currentPidSetpoint =
getSetpointRate(axis);

因此：

整个来源可以理解成：

RC（遥控器）

↓

getSetpointRate()

↓

currentPidSetpoint

这里，

我们暂时不用深入：

Rates（摇杆曲线）

因为：

它属于：

RC 输入模块。

后面会单独介绍。

目前，

只需要知道：

currentPidSetpoint

=

RC 当前摇杆输入。

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angleLimit 是什么？

继续看：

angleLimit

它表示：

ANGLE 模式允许的最大姿态角。

例如：

如果：

angleLimit

=

55°

那么：

飞机最大只能飞到：

Pitch = ±55°

Roll = ±55°

即使：

飞手把摇杆推到底，

飞机也不会继续倾斜。

因此：

angleLimit

决定了：

ANGLE 模式的最大姿态角。

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maxRcRateInv 又是什么？

最后还有：

pidRuntime.maxRcRateInv[axis]

名字看起来很复杂。

其实，

它只是：

maxRcRate

的倒数。

作用只有一个：

把 RC 输入，

转换成：

0~1 的比例。

例如：

假设：

最大 RC 输入

=

500°/s

那么：

摇杆当前：

250°/s

经过：

maxRcRateInv

以后：

得到：

0.5

也就是说：

当前摇杆，

推到了：

50%。

因此：

这一项，

真正表示的是：

RC 当前打杆比例。

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为什么三者相乘？

现在，

三个变量，

已经全部认识了。

currentPidSetpoint

↓

当前 RC 输入

maxRcRateInv

↓

转换成打杆比例

angleLimit

↓

最大允许姿态角

于是：

整个公式：

angleTarget =
angleLimit
*
currentPidSetpoint
*
pidRuntime.maxRcRateInv[axis];

其实就是：

RC 当前比例

×

最大姿态角

得到：

Target Angle（目标姿态角）

例如：

ANGLE 最大姿态角

=

60°

飞手：

摇杆推到：

50%

那么：

angleTarget

=

30°

飞控立即知道：

飞手希望：

飞机最终停留在：

30°。

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到这里，飞控真正完成了第一次翻译

飞手，

一直认为：

自己只是：

推了一下摇杆。

但是，

飞控已经完成了一次非常重要的翻译。

它把：

RC 输入

翻译成：

Target Angle（目标姿态角）

整个过程可以表示成：

RC（遥控器）

↓

currentPidSetpoint

↓

RC 当前比例

↓

angleTarget（目标姿态角）

这也是：

Angle Mode（自稳模式）

真正开始工作的第一步。

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但是，还有一个问题

现在，

飞控已经知道：

Target Angle

=

30°

可是，

它仍然不能控制飞机。

原因非常简单。

飞控只知道：

希望飞机去哪里。

但是，

它还不知道：

飞机现在在哪里。

因此，

控制系统还缺少另一半信息：

Current Angle（当前姿态角）

只有：

Target Angle

+

Current Angle

同时存在，

飞控才能计算：

Angle Error（姿态角误差）

真正开始控制飞机。

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本讲小结

这一讲，

飞控完成了控制链中的第一次翻译：

RC（遥控器）

↓

currentPidSetpoint

↓

angleTarget（目标姿态角）

其中：

currentPidSetpoint

=

RC 当前摇杆输入。

angleLimit

=

ANGLE 模式允许的最大姿态角。

maxRcRateInv

=

把 RC 输入转换成打杆比例。

最终：

飞控得到：

Target Angle（目标姿态角）

它表示：

飞手希望飞机最终停留的位置。

但是，

飞控仍然不知道：

飞机现在到底在哪里。

因此，

下一讲，

我们将继续寻找：

Current Angle（当前姿态角）

并计算：

Angle Error（姿态角误差）。

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下一讲预告

下一讲，

我们将正式进入：

const float currentAngle =
(attitude.raw[axis]
-angleTrim->raw[axis])
/10.0f;

这一行源码。

重点理解：

Current Angle（当前姿态角）

到底来自哪里？

以及：

为什么：

Target Angle

-

Current Angle

就能够得到：

Angle Error（姿态角误差）。