[BF学院_卷1] -- 第30讲：mixTable() 总结 —— Mixer 完整控制模型

第30讲：mixTable() 总结 —— Mixer 完整控制模型

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本讲知识点

• Mixer 在 Betaflight 控制链中的作用；
• 为什么 PID Output 不能直接控制电机；
• motorMixer_t 的数学意义；
• mixTable() 从输入到输出的完整流程；
• Throttle、Roll、Pitch、Yaw 如何共同生成 Motor Output；
• Mixer 如何处理电机输出限制；
• Mixer 在整个飞控架构中的位置。

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本讲对应 Betaflight 源码

主要函数：

mixTable(timeUs_t currentTimeUs)

相关函数：

calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints()

applyMixerAdjustment()

applyMixerAdjustmentLinear()

applyMixToMotors()

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本讲学习目标

通过前面第25讲～第29讲的学习，建立完整认识：

Mixer 并不是简单计算电机转速，

而是将飞机控制需求，转换为每个电机应该输出多少，

最终理解：

Throttle,Roll,Pitch,Yaw

↓

Mixer Matrix

↓

Motor Output

↓

ESC

↓

电机

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回顾前面几讲

在进入 Mixer 之前，飞控已经完成：

RC输入 -> 期望姿态 -> PID Controller -> Roll / Pitch / Yaw 控制需求

PID Controller 输出的是飞机需要什么运动。

例如：

需要向右 Roll

需要向前 Pitch

需要逆时针 Yaw

但是，PID Controller 并不知道：

哪个电机增加，哪个电机减少，增加多少，减少多少

因此需要 Mixer。

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为什么需要 Mixer？

四旋翼飞机的控制，本质上不是 “控制某一个电机”，

而是通过不同电机之间的 “推力差”，产生 “力矩”。

例如：

Roll 控制

希望飞机向右滚转：

左侧电机增加推力，右侧电机减少推力 -> 产生 Roll 力矩

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Pitch 控制

希望飞机向前俯冲：

后侧电机增加推力, 前侧电机减少推力 -> 产生 Pitch 力矩

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Yaw 控制

利用：

电机旋向不同 -> 反作用力矩变化 -> 产生 Yaw

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所以，

PID 输出：飞机需要多少控制力；

Mixer：如何把控制力分配给电机。

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motorMixer_t —— Mixer 的数学模型

Betaflight 使用：

motorMixer_t

描述每个电机对应的控制权重。

例如，一个电机可能：

roll  = 0.5
pitch = -0.5
yaw   = 1.0

表示这个电机参与：

50%的 Roll 控制

-50%的 Pitch 控制

100%的 Yaw 控制

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因此，对于第 i 个电机：

Motor Mix = Roll需求 × Roll权重
          + Pitch需求 × Pitch权重
          + Yaw需求 × Yaw权重

对应代码：

float mix =
    scaledAxisPidRoll  * activeMixer[i].roll +
    scaledAxisPidPitch * activeMixer[i].pitch +
    scaledAxisPidYaw   * activeMixer[i].yaw;

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这个结果：motorMix[i] 代表：

该电机因为姿态控制需要增加或者减少多少输出

注意，它不是最终电机输出。

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mixTable() 完整流程

现在回顾：

mixTable()

内部完成的整个过程。

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第一步：建立 Throttle 输出空间

对应：

calculateThrottleAndCurrentMotorEndpoints()

作用，确定：

Throttle -> 允许的 Motor Output 区间

因为油门输入不是直接对应电机转速,

而是需要映射：

RC Throttle -> 内部 throttle -> Motor Output Range

得到基础升力需求。

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第二步：计算 PID 控制需求

代码：

pidData[FD_ROLL].Sum

pidData[FD_PITCH].Sum

pidData[FD_YAW].Sum

经过：

限制 -> 缩放

得到：

scaledAxisPidRoll

scaledAxisPidPitch

scaledAxisPidYaw

这些变量表示：飞机需要多少 Roll / Pitch / Yaw 修正

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第三步：Mixer Matrix 分配

核心：motorMix[i]。

计算：

飞机级控制需求 -> 每个电机修正量

例如, 输入：

Roll需求

Pitch需求

Yaw需求

经过motorMixer_t 权重矩阵, 输出：

M1 motorMix

M2 motorMix

M3 motorMix

M4 motorMix

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此时, 控制链：

PID Output -> motorMix

完成。

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第四步：处理 Mixer 饱和问题

问题，最终电机输出：

Motor Output = Throttle + motorMix

但是，电机存在限制：0.0 ~ 1.0。

例如，某个电机：

Throttle = 0.2

motorMix = -0.4

结果：

Motor Output = 0.2 - 0.4 = -0.2

已经超过电机能力。

这会导致输出被限制到0，于是，原本需要的姿态差异消失。

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因此，Mixer 需要进行“混控调整”，

对应：

applyMixerAdjustment()

applyMixerAdjustmentLinear()

作用：在不破坏整体控制效果的情况下, 重新分配 Throttle 与 motorMix 之间的空间。

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第五步：生成最终 Motor Output

对应：

applyMixToMotors()

核心：

float motorOutput = motorOutputMixSign * motorMix[i] 
                  + throttle * activeMixer[i].throttle;

也就是：

最终电机输出 = 姿态修正量 + 基础油门

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展开：

Throttle -> 基础升力

motorMix -> 姿态修正

二者相加 -> Motor Output

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最后, 经过：

输出范围限制 -> PWM / DShot映射 -> ESC

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Mixer 在整个飞控控制链中的位置

完整控制链：

飞手输入RC遥控器

↓

RC Command

↓

姿态目标

↓

PID Controller

↓

Roll / Pitch / Yaw 控制需求

↓

Mixer

↓

Motor Output

↓

ESC

↓

电机

↓

飞机姿态变化

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其中，

PID Controller 负责：我需要什么动作；

Mixer 负责：每个电机应该如何配合完成这个动作；

ESC负责：把控制信号转换成电机驱动力

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Mixer 的核心思想总结

如果只记住一句话：

Mixer 不是控制电机。

Mixer 是把飞机级控制需求，转换成电机级控制输出。

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或者：

PID Controller 产生需求

Mixer 负责分配

Motor 执行动作

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至此：

Betaflight 中：

控制需求 -> Mixer -> 电机输出

这一条核心链路已经完整建立。

下一阶段可以继续进入：

Motor Output之后

↓

ESC通信协议

↓

DShot输出

↓

电机执行

也就是：飞控如何把内部计算结果，最终变成真实的电机驱动信号。