[BF学院_卷1] -- 第26讲：calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints() —— Mixer 如何确定油门基础范围

第26讲：calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints() —— Mixer 如何确定油门基础范围

本讲知识点

为什么 Mixer 不能直接使用 RC Throttle；
calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints() 的控制职责；
普通模式下 Throttle 的转换过程；
3D 模式下 Throttle 的特殊处理；
motorRangeMin 与 motorRangeMax 的作用；
motorOutputMin、motorOutputRange、motorOutputMixSign 的意义；
Mixer 为什么需要先建立电机输出空间。

本讲对应 Betaflight 源码

文件：

src/main/flight/mixer.c

核心函数：

static void calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints(timeUs_t currentTimeUs)

调用位置：

FAST_CODE_NOINLINE void mixTable(timeUs_t currentTimeUs)
{
    calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints(currentTimeUs);

    ...
}

本讲覆盖范围：

calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints() 主流程；
普通模式 Throttle 处理；
3D 模式 Throttle 处理；
电机输出范围变量建立。

回顾上一讲

上一讲中，我们进入了 Mixer 运行阶段。

已经知道：

PID Output -> mixTable() -> Motor Output

其中，mixTable() 的任务不是产生控制量，而是把：

Roll，Pitch，Yaw，Throttle

转换成每一个电机应该执行的输出。

但是，在真正计算之前，Mixer 首先需要解决一个基础问题：

当前油门应该映射到什么输出范围？

这就是本讲分析的：calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints()。

本讲学习目标

理解Mixer 为什么需要先建立 Throttle 对应的电机输出空间。

学习完成后，需要知道：Throttle 在 Betaflight 中并不是简单的：

RC输入 -> 电机转速

而是：

RC输入

↓

内部 throttle

↓

当前电机输出范围

↓

Motor Output

为什么 Mixer 不能直接使用 RC Throttle？

在飞手操作遥控器时, 油门输入来自："RC Channel"。

例如：

1000us -> 1500us -> 2000us

这个信号只是飞手摇杆的位置, 但是电机输出并不直接使用这个数值。

原因是: 电机控制过程中存在很多限制：

例如：

最低启动输出；
最大输出限制；
电池补偿；
动态怠速；
3D模式正反转区域；
DShot 特殊输出范围。

因此, RC Throttle 只是："飞手希望多少油门"

而 Mixer 需要的是："当前条件下，允许使用的电机输出范围"

所以在进入 Mixer 核心计算之前, 必须先完成：

RC Throttle -> 内部 throttle -> 电机输出空间

calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints() 的职责

观察函数：

static void calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints(timeUs_t currentTimeUs)

它并不是计算最终电机输出，它负责准备后续 Mixer 计算需要的基础参数。

主要建立：

throttle            内部油门, 归一化百分比

motorRangeMin       当前允许使用的电机输出下限（动态约束）

motorRangeMax       当前允许使用的电机输出上限（动态约束）

motorOutputMin      电机输出指令下限 (原始基准最小值)

motorOutputRange    电机输出指令的跨度

motorOutputMixSign  电机转动方向 (非3D模式固定为 1)

这些变量会被后续：

applyMixerAdjustment() -> applyMixToMotors()

使用。

因此, 这个函数处于：

RC Throttle -> Mixer输入准备 -> Motor Output计算

之间。

补充信息：

[RangeMin, RangeMax] 是 [OutputMin, +OutputRange] 的子集
普通模式电机只能正转, 而3D模式下, 电机可以反转。

普通模式下 Throttle 如何转换？

先看普通模式分支代码：

else {

    throttle = rcCommand[THROTTLE] - PWM_RANGE_MIN + throttleAngleCorrection;

    currentThrottleInputRange = PWM_RANGE;

    ...

}

这里处理的是普通飞行模式。

RC Throttle

遥控器输入通常类似：

1000us ~ 2000us

但是 Mixer 内部不直接使用这个范围, 需要转换。

转换过程

代码：

throttle = rcCommand[THROTTLE] - PWM_RANGE_MIN + throttleAngleCorrection;

假设：PWM_RANGE_MIN = 1000, 飞手油门：1500,

那么：

1500 - 1000 = 500

此时, 它表示: 油门在整个范围中的相对位置。

另外，当飞机倾斜时，电机的升力并不与重力在一条线上，所以需要进行补偿，而 throttleAngleCorrection 就是飞机倾斜时，需要补偿的油门。

为什么后面还需要归一化？

函数最后：

throttle = constrainf(throttle / currentThrottleInputRange, 0.0f, 1.0f);

其中, currentThrottleInputRange 是当前 PWM 输入的范围。

而刚才我们计算到：throttle = 500，代入这里的公式：

throttle = 500 / 1000 = 0.5，这就是 Mixer 使用的内部油门。

因此：

RC Throttle 1000~2000 -> 内部 throttle 0.0~1.0

throttle 为什么不是电机输出？

这里是初学者最容易混淆的地方。

内部 throttle = 0.5 并不代表：电机输出 50%。

它只表示飞手希望使用50%的油门控制范围。

真正输出还需要经过：

motorOutputMin + motorOutputRange

映射。

也就是说，最终：

Motor Output = 输出起点 + 油门比例 × 输出范围

motorRangeMin 与 motorRangeMax

普通模式代码：

motorRangeMax = mixerRuntime.motorOutputHigh;

motorRangeMin = mixerRuntime.motorOutputLow;

它们描述：当前允许的电机输出边界，这是一个动态调节的范围。

例如，假设：

motorOutputLow = 1000

motorOutputHigh = 2000

那么：

motorRangeMin = 1000

motorRangeMax = 2000

表示：电机输出不能低于 1000，不能高于：2000。

motorOutputMin 与 motorOutputRange

代码：

motorOutputMin = motorRangeMin;

motorOutputRange = motorRangeMax - motorRangeMin;

这两个变量用于后续输出转换。

假设：

motorOutputMin = 1000

motorOutputRange = 1000

那么，后续：

motorOutput = motorOutputMin + motorOutputRange * motorOutput

等价于：

1000 + 0~1范围 × 1000

得到：

1000~2000

所以，Mixer 内部计算并不是直接操作PWM数值。

而是在 0 ~ 1 控制空间中计算。

最后，再映射到真实电机输出范围。

为什么需要建立这个输出空间？

因为 Mixer 后续需要同时处理：

Throttle + Roll + Pitch + Yaw

例如，油门：0.5，Roll修正：+0.1，Pitch修正：-0.05，这些都是相对控制量。

如果直接使用 1000 ~ 2000 PWM值，不同功能之间很难组合。

所以 Betaflight 设计先转换到 “内部归一化控制空间”，然后Mixer 完成控制叠加。

最后再转换成ESC需要的输出。

3D 模式为什么不同？

普通模式只有：

最低油门 -> 最高油门

但是 3D 模式, 电机需要支持正转和反转。

因此油门空间变成：

反转区域 -> 死区 -> 正转区域

对应代码：

if (rcCommand[THROTTLE] <= rcCommand3dDeadBandLow)
{
    // INVERTED
}
else if (rcCommand[THROTTLE] >= rcCommand3dDeadBandHigh)
{
    // NORMAL
}

其中 rcCommand3dDeadBandLow 和 rcCommand3dDeadBandHigh 是死区区域的上限和下限。

3D 模式中的 motorOutputMixSign

3D 模式增加了：

motorOutputMixSign

普通模式：

motorOutputMixSign = 1;

表示正常方向。

反转模式：

motorOutputMixSign = -1;

表示输出方向反转。

因为，Mixer 后续计算需要知道当前电机输出方向。

例如，正常：

Throttle + Mixer修正

反转：

-(Throttle + Mixer修正)

因此需要这个符号变量。

本函数完成后的状态

执行完成后，Mixer 获得：

throttle            内部油门, 归一化百分比

motorRangeMin       当前允许使用的电机输出下限（动态约束）

motorRangeMax       当前允许使用的电机输出上限（动态约束）

motorOutputMin      电机输出指令下限 (原始基准最小值)

motorOutputRange    电机输出指令的跨度

motorOutputMixSign  电机转动方向 (非3D模式固定为 1)

这些变量共同建立Mixer 的工作空间，之后, mixTable() 才能够继续：

PID Output -> Mixer计算 -> Motor Output

本讲小结

本讲分析了 mixTable() 开始阶段的 calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints()。

这个函数的核心职责不是计算电机输出，而是在 Mixer 工作之前，建立统一的油门与电机输出空间。

它完成了：

RC Throttle

↓

内部 throttle

↓

电机输出范围

的转换。

同时，它处理了普通模式与3D模式的差异，使后续 Mixer 可以在统一的数学空间中完成 Roll、Pitch、Yaw 和 Throttle 的组合。

下一讲预告

下一讲继续分析 mixTable()。

重点进入PID Output 如何与 motorMixer_t 结合。

学习：

Roll, Pitch, Yaw

↓

motorMix[]

↓

每个电机的姿态修正量

这一部分将正式进入 Mixer 核心数学计算。

posted on 2026-08-03 15:42 longyue 阅读(11) 评论(0) 收藏举报

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