[BF学院_卷1] -- 第22讲：Betaflight 如何描述 Mixer —— mixer.h 数据结构

第22讲：Betaflight 如何描述 Mixer —— mixer.h 数据结构

本讲知识点

Betaflight 为什么需要使用数据结构描述 Mixer（混控器）
mixerMode_e 如何描述不同飞行器结构
mixerType_e 如何描述不同 Mixer 计算方式
motorMixer_t 如何描述单个电机参与控制的方式
throttle、roll、pitch、yaw 四个参数分别代表什么
mixer_t 如何组合一个完整 Mixer
mixerConfig_t 如何保存用户配置和运行参数
customMotorMixer 如何支持自定义混控
motorCount 如何确定当前飞行器拥有多少电机

本讲对应 Betaflight 源码

文件：

src/main/flight/mixer.h

本讲主要分析：

typedef enum mixerMode
{
    ...
} mixerMode_e;


typedef enum mixerType
{
    ...
} mixerType_e;


typedef struct motorMixer_s {
    float throttle;
    float roll;
    float pitch;
    float yaw;
} motorMixer_t;


typedef struct mixer_s {
    uint8_t motorCount;
    uint8_t useServo;
    const motorMixer_t *motor;
} mixer_t;


typedef struct mixerConfig_s {
    uint8_t mixerMode;
    bool yaw_motors_reversed;
    uint8_t crashflip_motor_percent;
    uint8_t crashflip_expo;
    uint8_t mixer_type;
    ...
} mixerConfig_t;

回顾上一讲

上一讲，我们完成了 Mixer（混控器）的物理基础建立。

我们知道：PID Controller（PID控制器）输出的不是电机转速。

它输出的是：飞机需要产生什么运动。

例如：Roll（横滚）, Pitch（俯仰）, Yaw（偏航）, Throttle（油门）。

但是电机只能理解：提高转速, 降低转速。

因此需要：

飞机运动需求

↓

电机输出分配

↓

Motor Command（电机指令）

这个转换过程，就是 Mixer。

但是，现在出现新的问题：如果在程序中实现 Mixer，飞控需要知道：

有几个电机？

每个电机应该受到哪些控制影响？

Roll 对这个电机影响多少？

Pitch 对这个电机影响多少？

Yaw 对这个电机影响多少？

因此，Betaflight 需要一种方式描述 Mixer。

这一讲，就是进入源码，理解：

Betaflight 如何描述 Mixer

Mixer 在源码中不是一个算法，而是一组数据

在上一讲中，我们从功能角度理解 Mixer：

Throttle + Roll + Pitch + Yaw

↓

Motor 1

Motor 2

Motor 3

Motor 4

但是，在代码中，Mixer 并不是简单写死：

如果是四轴：

Motor1 = ...

Motor2 = ...

Motor3 = ...

Motor4 = ...

因为 Betaflight 支持很多不同飞行器：

例如：

四旋翼，六旋翼，八旋翼，三旋翼，固定翼

不同结构：

电机数量不同；
电机位置不同；
电机旋转方向不同；
Roll/Pitch/Yaw 对电机影响不同。

因此，Betaflight 将 Mixer 抽象成：

飞行器结构描述 + 电机控制权重描述 + 运行配置

mixerMode_e：描述飞行器类型

首先看：

typedef enum mixerMode
{
    MIXER_TRI = 1,
    MIXER_QUADP = 2,
    MIXER_QUADX = 3,
    ...
} mixerMode_e;

这个枚举描述：当前飞行器是什么结构。

例如，MIXER_QUADX 表示：X 型四旋翼，

也就是我们上一讲一直讨论的 Motor 1 ~ Motor 4 组成的四轴结构。

为什么 Betaflight 需要知道飞行器类型？

因为不同结构，电机分布不同。

例如，四旋翼：

     M1        M2


     M4        M3

六旋翼：

    M1      M2


 M6             M3


    M5      M4

它们产生 Roll、Pitch、Yaw 的方式不同。

因此：飞行器结构决定 Mixer 方式。

需要注意，mixerMode_e 描述的是硬件结构，不是具体计算过程。

它回答：

这是什么飞机？

而不是：

Mixer 怎么计算？

mixerType_e：描述 Mixer 计算类型

接下来：

typedef enum mixerType
{
    MIXER_LEGACY = 0,
    MIXER_LINEAR = 1,
    MIXER_DYNAMIC = 2,
    MIXER_EZLANDING = 3,
} mixerType_e;

描述的是：Mixer 输出计算方式，

也就是当 Mixer 已经知道：

Throttle，Roll，Pitch，Yaw

以后，应该采用什么策略生成 Motor Output。

MIXER_LEGACY

传统 Mixer 计算方式，也就是最基础的：

Motor Output = Throttle + Roll 权重 + Pitch 权重 + Yaw 权重

例如：

Motor1 = Throttle + Roll + Pitch + Yaw

这是最经典的 Mixer 思想。

MIXER_LINEAR

Linear Mixer（线性混控）。

核心思想：保持控制输入与电机输出之间的线性关系。

例如，Roll 增加 10%，那么对应电机影响：

增加固定比例

不会根据其它状态进行复杂调整。

MIXER_DYNAMIC

Dynamic Mixer（动态混控）。

它允许 Mixer 根据当前状态动态调整输出。

例如，不同油门区域：

低油门，保持姿态控制能力

高油门，限制输出变化

它主要用于改善不同飞行状态下的控制效果。

MIXER_EZLANDING

用于辅助降落相关逻辑。

它不是改变 Mixer 的基本职责，仍然是：

控制需求 -> 电机输出

只是增加特殊情况下的输出处理。

因此：

mixerMode_e 和 mixerType_e 的区别：

类型	作用
mixerMode_e	描述什么飞机
mixerType_e	描述如何计算 Mixer 输出

motorMixer_t：描述单个电机如何参与控制

接下来进入 Mixer 最核心的数据结构：

typedef struct motorMixer_s {
    float throttle;
    float roll;
    float pitch;
    float yaw;
} motorMixer_t;

这个结构描述 "一个电机" 在 Mixer 中承担什么作用。

上一讲我们知道, Mixer 本质：

Throttle + Roll + Pitch + Yaw -> Motor Output

那么程序需要知道，每个电机：

Throttle 占多少？

Roll 影响多少？

Pitch 影响多少？

Yaw 影响多少？

这就是 motorMixer_t。

throttle 成员：油门权重

代码：

float throttle;

表示: Throttle 对这个电机输出的影响比例.

例如, 四旋翼悬停, 所有电机都需要提供升力。

因此通常：

Motor1 throttle = 1

Motor2 throttle = 1

Motor3 throttle = 1

Motor4 throttle = 1

意思：油门输入会平均作用到所有电机

roll 成员：横滚控制权重

代码：

float roll;

表示：Roll 控制量对这个电机的影响方向和大小。

例如，飞机需要向右 Roll。

Mixer 需要：一侧电机增加推力，另一侧电机减少推力。

因此不同电机 roll 权重不同。

例如：

左侧电机：roll = +1

右侧电机：roll = -1

表示：Roll 输入会让两侧产生相反变化。

pitch 成员：俯仰控制权重

代码：

float pitch;

作用类似：“roll”，但是控制方向不同。

它描述：Pitch 控制量如何影响这个电机。

例如，飞机需要向前 Pitch，需要后方电机增加推力，前方电机减少推力，

因此，前后电机：pitch 权重相反。

yaw 成员：偏航控制权重

代码：

float yaw;

表示：Yaw 控制量如何影响这个电机。

Yaw 与 Roll、Pitch 不同。

Roll/Pitch 主要利用 “升力差” 产生力矩。

Yaw 利用：“旋翼旋转反作用力” 产生力矩。

因此，CW 电机和 CCW 电机Yaw 权重方向相反。

例如：

CW 电机：yaw = +1

CCW 电机：yaw = -1

这样，增加某些电机输出，就可以改变顺时针反作用力与逆时针反作用力之间的平衡，最终产生 Yaw。

一个完整 motorMixer_t 的直觉

前面我们已经知道，Mixer 的任务是：

Throttle + Roll + Pitch + Yaw -> Motor Output

但是，不同电机在飞机上的位置不同，因此它们承担的控制职责也不同。

例如：左前电机, 右前电机, 左后电机, 右后电机, 它们距离飞机中心的位置不同，旋转方向也不同。

所以，当飞机需要 Roll（横滚）, Pitch（俯仰）, Yaw（偏航）时，每个电机需要增加或者减少的量并不相同。

Betaflight 使用 motorMixer_t 描述这种关系。

例如，一个电机的 Mixer 参数：

{
    throttle = 1.0,
    roll = 0.5,
    pitch = -0.5,
    yaw = 1.0
}

他表示这个电机最终输出，需要按照这些比例参与四种控制需求。

具体来看：

throttle = 1.0

表示：这个电机完整参与基础油门控制。

假设当前：Throttle = 50，那么这个电机获得：

50 × 1.0 = 50

也就是说：油门增加，这个电机增加同样比例的推力。

四旋翼悬停时，所有电机通常都会有类似的：throttle = 1.0，因为所有电机都需要共同提供升力。

roll = 0.5

表示：这个电机参与 Roll 控制，并且贡献方向为正。

假设飞机需要：Roll = 20，那么这个电机产生：

20 × 0.5 = 10

的 Roll 修正量。

也就是说：Roll 控制需求，这个电机增加 10 的输出。

如果另一个电机：

roll = -0.5

那么同样的 Roll 命令，会让它减少 10 的输出。

因此，通过正负不同的 Roll 权重：一部分电机增加推力，另一部分电机减少推力。

飞机两侧产生推力差，最终形成 Roll 力矩。

pitch = -0.5

表示：这个电机参与 Pitch 控制，但是方向相反。

假设：Pitch = 20，那么：

20 × (-0.5) = -10

表示：这个电机需要减少输出。

为什么需要负号？

因为这个电机的位置决定了：

增加推力 -> 产生某方向 Pitch 力矩

还是：

减少推力 -> 产生该方向 Pitch 力矩

不同位置的电机方向不同。

所以 Mixer 必须通过正负号描述：哪个电机增加，哪个电机减少。

yaw = 1.0

表示：这个电机参与 Yaw 控制，并且方向为正。

假设：Yaw = 10，那么：

10 × 1.0 = 10

这个电机增加输出。

但是，Yaw 与 Roll、Pitch 不同，Roll 和 Pitch 主要利用：

推力差 -> 产生倾斜力矩

而 Yaw 利用：

旋翼旋转方向产生的反作用力 -> 产生旋转力矩

因此，不同旋转方向的电机，需要拥有不同符号的 Yaw 权重。

例如：

CW 电机，yaw = +1

CCW 电机，yaw = -1

这样当 Yaw 命令产生时：

部分电机增加，部分电机减少

↓

顺逆时针反作用力失去平衡

↓

飞机产生 Yaw

因此，一个 motorMixer_t：

{
    throttle = 1.0,
    roll = 0.5,
    pitch = -0.5,
    yaw = 1.0
}

真正表达的是：

这个电机：100%参与基础升力，

Roll 控制时，按照 +0.5 的比例响应，

Pitch 控制时，按照 -0.5 的比例响应，

Yaw 控制时，按照 +1.0 的比例响应

最终 Mixer 会根据：

Throttle，Roll，Pitch，Yaw

四个控制需求，与这个电机自己的：

throttle，roll，pitch，yaw

权重相乘，再相加：

Motor Output = Throttle × throttle权重
            + Roll × roll权重
            + Pitch × pitch权重
            + Yaw × yaw权重

因此，motorMixer_t 本质上就是：

描述某一个电机，如何把飞机级控制需求转换为自身输出变化的参数表。

后续分析 mixTable() 时，Betaflight 正是利用这些权重，把：

PID Output

↓

Throttle / Roll / Pitch / Yaw

↓

每一个 Motor Output

完成真正的控制分配。

mixer_t：描述一个完整 Mixer

继续看：

typedef struct mixer_s {
    uint8_t motorCount;
    uint8_t useServo;
    const motorMixer_t *motor;
} mixer_t;

这个结构表示：一个完整 Mixer 配置。

包含：

motorCount

uint8_t motorCount;

表示：这个 Mixer 有多少个电机

例如，四旋翼：motorCount = 4，

六旋翼：motorCount = 6。

useServo

uint8_t useServo;

表示：当前 Mixer 是否需要 Servo（舵机）。

因为 Betaflight 不只支持多旋翼，也支持：

固定翼, 三角翼, 其它结构

这些可能包含舵机控制。

motor

const motorMixer_t *motor;

这是最关键的数据。

它指向：每个电机的 Mixer 权重表,

也就是：

Motor1 的 throttle/roll/pitch/yaw

Motor2 的 throttle/roll/pitch/yaw

Motor3 的 throttle/roll/pitch/yaw

...

mixerConfig_t：运行时配置

最后观察：

typedef struct mixerConfig_s {

    uint8_t mixerMode;

    bool yaw_motors_reversed;

    uint8_t crashflip_motor_percent;

    uint8_t crashflip_expo;

    uint8_t mixer_type;

} mixerConfig_t;

它保存：用户选择的 Mixer 配置。

mixerMode

决定：使用哪一种飞行器结构，例如：MIXER_QUADX。

yaw_motors_reversed

控制：Yaw 电机方向处理, 用于特殊硬件布局。

crashflip_motor_percent

与 "Flip Over After Crash" 功能相关，用于控制翻转时的电机输出比例。

mixer_type

决定：Mixer 使用哪一种计算方式, 对应：mixerType_e。

customMotorMixer：为什么需要自定义 Mixer？

源码：

PG_DECLARE_ARRAY(
    motorMixer_t,
    MAX_SUPPORTED_MOTORS,
    customMotorMixer
);

表示 Betaflight 支持用户提供：自己的 motorMixer_t 表，

因为，不同飞行器结构可能非常多。

例如，特殊布局：

非标准四轴，实验飞行器，特殊电机排列

如果只能使用固定 Mixer，程序无法支持。

因此，Betaflight 提供：“Custom Mixer（自定义混控）”，

让用户直接定义每个电机：throttle，roll， pitch， yaw 的权重。

本讲控制链回归

现在回到整个控制链：

上一讲：

PID Output（PID输出）

↓

Mixer

这一讲，我们回答：Mixer 在代码中是什么？

答案：它不是一个简单函数，而是一组描述数据：

飞行器类型

↓

Mixer 类型

↓

电机数量

↓

每个电机控制权重

↓

运行配置

最终形成：“Mixer 数据模型”。

本讲总结

本讲完成了 Mixer 源码进入前的第一步：理解 Betaflight 如何描述 Mixer。

核心认识：

第一：mixerMode_e 描述：什么飞机。

第二：mixerType_e 描述：Mixer 使用什么计算策略。

第三：motorMixer_t 描述：单个电机如何受到 Throttle、Roll、Pitch、Yaw 影响。

第四：mixer_t 描述：完整 Mixer 结构。

第五：mixerConfig_t 保存：用户配置和运行参数。

至此，控制链推进到：

Mixer 概念

↓

Mixer 数据结构

↓

下一讲：Mixer 数学模型

下一讲，我们将进一步回答：

Throttle、Roll、Pitch、Yaw 到底如何通过 motorMixer_t 中的权重，计算出每一个 Motor Output？

也就是：Mixer Matrix（混控矩阵）的数学原理。

posted on 2026-08-03 15:03 longyue 阅读(14) 评论(0) 收藏举报

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