[BF学院_卷1] -- 第13讲：Outer Loop 的终点——为什么还要读取 Current Angular Rate（当前角速度）？
第13讲：Outer Loop 的终点——为什么还要读取 Current Angular Rate（当前角速度）？
本讲知识点
- Outer Loop（外环）已经结束了吗？
- Desired Angular Rate（目标角速度）为什么不能直接送给电机？
- 飞控为什么还要读取陀螺仪角速度？
- Current Angular Rate（当前角速度）在控制链中的职责
- Rate Error（角速度误差）的来源
- Outer Loop 与 Inner Loop 的控制职责交接
- 第一次进入 pidController() 的真正控制流程
本讲对应 Betaflight 源码
文件：
src/main/flight/pid.c
函数：
pidController()
本讲涉及源码：
const float gyroRate = gyro.gyroADCf[axis];
float errorRate = currentPidSetpoint - gyroRate;
本讲重点讲解第一行源码：
const float gyroRate = gyro.gyroADCf[axis];
以及第二行源码为什么必须这样计算。
本讲学习目标
这一讲，我们正式离开 Outer Loop（外环），进入 Inner Loop（内环）的入口。
上一讲结束时，Outer Loop 已经完成了自己的全部职责，并输出了：
Desired Angular Rate（目标角速度）
但是，仅仅知道“飞机应该转多快”还远远不够, 因为飞控仍然不知道 “飞机现在到底转得有多快”。
因此，本讲将建立：
Current Angular Rate（当前角速度）
这个变量，并理解它为什么会成为整个内环控制的起点。
回顾上一讲
上一讲结束时，我们已经得到：
Desired Angular Rate（目标角速度）
它来自：
Angle Error
↓
Desired Angular Rate
也就是说，Outer Loop（外环）已经完成了自己的控制职责。
控制链推进到了：
RC Stick
↓
Target Angle
↓
Current Angle
↓
Angle Error
↓
Desired Angular Rate
很多人在这里都会产生一个疑问：
飞机已经知道自己应该每秒旋转多少度了，为什么还不能直接去控制电机？
答案就是：
因为"目标"永远不是"现实"。
飞机知道"应该转多少"，并不代表它真的转了那么多
假设，飞手希望飞机快速向右滚转，经过外环计算以后：
Desired Angular Rate = 300°/s
这意味着：
飞控希望飞机每秒旋转 300°。
但是，这只是“希望值”，并不是“实际值”。
现实中的飞机受到很多因素影响，例如：
- 电机推力不足；
- 电池电压下降；
- 螺旋桨效率变化；
- 飞行中的空气阻力；
- 外界风力干扰。
因此，真实世界中的飞机，很可能正在以 220°/s 旋转，也可能 350°/s，甚至根本没有开始旋转。
于是，一个新的问题出现了：
飞控怎么知道，飞机现在到底转了多少？
这正是 Inner Loop（内环）首先要解决的问题。
飞控必须先观察现实世界
任何控制系统，都必须同时拥有两类信息：
第一类：目标值（Target）
第二类：实际值（Current）
如果只有目标，没有实际值，控制器永远不知道自己有没有控制成功。
举一个生活中的例子：
假设汽车定速巡航设定 100 km/h，如果汽车 ECU（电子控制单元）不知道当前速度是多少，它还能控制油门吗？
当然不能，因为：它不知道现在是80？95？100？120？
所以，汽车必须实时读取当前速度，飞控也是完全一样。
Desired Angular Rate（目标角速度）只是应该转多少。
真正决定控制是否成功的，是现在转多少。
于是，飞控开始读取Current Angular Rate（当前角速度）
第一行源码
于是，我们来到 pidController() 中真正进入内环后的第一行核心代码：
const float gyroRate = gyro.gyroADCf[axis];
这行代码非常短，但它完成了一件极其重要的事情：
把现实世界中的飞机旋转速度，带回控制器。
这里的 gyro.gyroADCf 表示陀螺仪实时测得的角速度。
注意，它不是目标角速度，也不是计算出来的角速度。
而是飞机此时此刻，真正正在旋转的角速度。
这是整个 Inner Loop 唯一相信的现实数据。
为什么一定要相信陀螺仪？
因为，只有陀螺仪真正知道飞机现在发生了什么。
例如：
外环希望 300°/s，但是陀螺仪返回 225°/s，飞控立刻知道 飞机转慢了。
如果陀螺仪返回 330°/s，飞控马上知道 飞机转快了。
因此，陀螺仪不是在告诉飞控应该怎么控制，它是在告诉飞控现实已经发生了什么。
直到现在，控制系统终于同时拥有了：
Target
↓
Current
下一步，它们终于可以进行比较。
控制链继续推进：
Desired Angular Rate
↓
Current Angular Rate
↓
Rate Error
而这一步，正是下一讲要建立的：
Rate Error（角速度误差）。
本讲小结
本讲正式完成了控制职责从 Outer Loop（外环）到 Inner Loop（内环）的交接。
Outer Loop 输出的是 Desired Angular Rate（目标角速度），它描述的是飞机"应该转多快"；而 Inner Loop 首先读取陀螺仪提供的 Current Angular Rate（当前角速度），获得飞机"现在实际转多快"。
至此，控制器第一次同时拥有了目标值和实际值，为下一步计算角速度误差做好了准备。
下一讲预告
现在，飞控已经同时知道：
应该转多快；
现在转多快。
那么，它将如何判断：
还差多少？
下一讲，我们正式建立：
Rate Error（角速度误差）
这是整个 Rate PID（角速度控制器）真正开始工作的第一步。
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