翼眸科技詳解多旋翼飛行器常見的4種典型人工控制模式控制

一. 飛行控制基礎理論

1. 控制律:

控制律基本概念：

控制律（ control law ），使飛行控制系統形成控制指令的算法，描述了受控狀態變量與系統輸入信號之間的函數關係。飛行器執行機構對於操縱輸入的響應規律。

1.1 Position（定點，位置）模式

綜述：位置模式是最容易操縱的控制模式，俯仰、橫滾操縱杆控制飛行器沿水平面的前向速度和側向速度（地速），油門杆控制垂向速度（地速）。偏航杆控制偏航角速度。當所有操縱杆全部回中時，飛行器會停止沿各軸運動並保持當前水平位置和高度，抵抗風和其他外來幹擾。

要點總結：

①俯仰、橫滾、油門杆的操縱輸入將映射為飛行器的期望速度指令並傳遞給飛控，作為控制器的輸入，即俯仰、橫滾、油門杆控制飛行器沿水平面的前向速度，側向速度和垂向速度（搖杆位置處於死區之外時）。

③偏航杆操縱輸入將映射為期望偏航角速度指令傳遞給飛控，即偏航杆控制飛行器沿 z 軸的旋轉速度（即偏航角速度）。

④所有操縱杆全部回中是（搖杆處於死區之內），飛行器沿水平面的期望前向速度，期望側向速度和期望垂向速度指令為 0，繞 z 軸的期望角速度指令為 0，飛行器會保持當前水平位置和高度，並抵抗風與外界的幹擾。

position 起飛操縱要點：

在該模式下起飛，油門杆量務必推到滿行程的 62.5%及以上。

Position 著陸操縱要點：

①若著陸檢測成功則電機會在觸地後幾秒內停止旋轉並上鎖,若電機持續在較高的轉速旋轉或開始加速旋轉,首先切換到姿態增穩(stablized，mannual), 然後將油門杆拉到最低。

②由於 GPS 水平位置漂移，著陸時飛行器可能會翻倒在地面上。

1.2 Altitude（定高）模式

綜述：定高模式是相對容易操縱的控制模式，俯仰、橫滾操縱杆控制飛行器的俯仰角、橫滾角，油門杆控制爬升-下降的速度。偏航杆控制偏航角速度。當所有操縱杆全部回中，飛行器的飛行姿態將恢復水平，但是搖杆回中後，由於慣量，飛行器沿水平面的運動仍會持續，只能隨著外界幹擾和阻力緩慢減速，飛行器不會抵抗風和其他外來幹擾。

要點總結：

①橫滾、俯仰杆的操縱杆輸入將映射為飛行器繞機體x，y兩個軸旋轉的期望角度指令傳遞給飛控，即橫滾、俯仰杆控制橫滾角和俯仰角。

②油門操縱杆輸入將映射為期望垂向速度指令傳遞給飛控，即油門杆控制飛行器沿 z 軸的線運動速度，即爬升速度和下沉速度（搖杆位置處於死區之外時）。

③偏航操縱杆輸入將映射為期望偏航角速度指令傳遞給飛控，即偏航杆控制飛行器繞 z 軸的旋轉角速度（偏航角速度）

④所有操縱杆全部回中（油門搖杆位置處於死區之內），飛行器的期望俯仰角、期望橫滾角，期望偏航角速度指令為 0，飛行器姿態恢復水平，停止繞 z 軸的角運動、保持當前高度，但不會抵抗風和其他外來幹擾。

定高模式起飛操縱要點：

在該模式下起飛，油門杆量務必推到滿行程的 62.5%及以上。

定高模式著陸操縱要點：

若著陸檢測成功則電機會在觸地後幾秒內停止旋轉並上鎖,若電機持續在較高的轉速旋轉或開始加速旋轉,首先切換到姿態增穩(stablized，mannual), 然後將油門杆拉到最低。

定高模式懸停操縱要點：

飛行器在距離地面較近，或者飛行器正下方為水面或者樹木或者其他反光或者吸波材質時，飛行器的測距傳感器讀數會異常，此時高度信息源將會切換至氣壓計，高度控制會有些許上下浮動，屬於正常現象。

相關參數：

1.3 Manual/stabilized（姿態增穩）模式

綜述：姿態增穩模式的操縱要求對油門通道掌握一定的操縱技巧，俯仰、橫滾操縱杆控制飛行器的俯仰角、橫滾角，油門杆直接控制電機的 pwm 輸出，偏航杆控制偏航角速度。當俯仰、橫滾操縱回中後，飛行器的飛行姿態將恢復水平，飛行器的高度或者垂向速度需要操縱員根據經驗實際情況進行調整，俯仰橫滾杆回中後，由於慣量，飛行器沿水平面的運動仍會持續，只能隨著外界幹擾和阻力緩慢減速，飛行器不會抵抗風和其他外來幹擾。

要點總結：

①橫滾、俯仰杆的操縱杆輸入將映射為飛行器繞機體坐標系x，y兩個軸旋轉的期望橫滾角和期望俯仰角指令傳遞給飛控，即橫滾、俯仰杆控制橫滾角和俯仰角。

②油門杆的操縱輸入指令將映射為控制器輸出直接傳遞給混控器（直接控制PWM輸出）。

③偏航杆操縱輸入指令映射為期望偏航角速度指令傳遞給飛控，即偏航杆控制飛行器繞 z 軸的旋轉速度（偏航角速度）。

④所有操縱杆全部回中，飛行器的期望俯仰、橫滾角度，期望偏航角速度指令為 0，電機指令為油門杆位置映射的 pwm 輸出，飛行器姿態將恢復水平，停止繞 z 軸的角運動、高度或垂向速度將由當前 pwm 輸入對應電機總拉力大小與飛行器重力的大小關係決定。

姿態增穩模式懸停操縱要點：

在該模式下操縱飛行器懸停時，注意油門杆操縱杆量需要根據飛行器的運動趨勢進行及時調整，在某種意義上講，油門杆操縱輸入與z向的加速度線性相關。

1.4 ACRO（特技，角速率增穩）模式

綜述：角速率增穩模式的操縱要求操縱手需要掌握比較高超的飛行技巧，俯仰、橫滾、偏航操縱杆控制飛行器的俯仰、橫滾、偏航角速度，油門杆直接控制電機的 pwm 輸出。當俯仰、橫滾杆回中後，飛行器的俯仰、橫滾、偏航角速率為 0，但是飛行姿態不會恢復水平，飛行器將維持當前姿態，且根據當前運動趨勢繼續運動。

要點總結：

①橫滾、俯仰、偏航杆的操縱杆輸入將映射為飛行器繞機體坐標系x，y，z三個軸的期望角速度指令傳遞給飛控，即橫滾、俯仰、偏航杆控制橫滾、俯仰、偏航角速度。

②油門杆的操縱輸入指令將映射為控制器輸出直接傳遞給混控器（直接控制PWM輸出）。

③所有操縱杆全部回中，飛行器的期望俯仰、橫滾、偏航角速度指令為0，電機指令為油門杆位置映射的 pwm 輸出，飛行器將停止繞機體坐標系 x，y，z 三個軸的角運動、高度或垂向速度將由當前 pwm 輸入對應電機總拉力大小與飛行器重力的大小關係決定。

角速率增穩模式懸停操縱要點：

在該模式下操縱飛行器可以進行相應的特技動作，如橫滾，筋鬥等

杆輸入映射：

該模式下默認的滾轉、俯仰和偏航操縱杆輸入映射如下所示。該曲線使得在最大杆輸入處具有大的角運動速率能夠進行特技動作，在靠近杆回中位置的區域具有較低靈敏度以方便進行精準操縱。

可以使用 MC_ACRO_EXPO 和 MC_ACRO_SUPEXPO「指數」參數調整滾轉和俯仰軸杆輸入響應，同時使用 MC_ACRO_EXPO_Y 和 MC_ACRO_SUPEXPOY 調整偏航軸杆輸入響應。

MC_ACRO_EXPO 和 MC_ACRO_EXPO_Y 參數 用 於 調 整 線 性 曲 線和三 次 曲 線之間的 曲 線 ， 如 下 所 示 。MC_ACRO_SUPEXPO 和 MC_ACRO_SUPEXPOY 允許進一步調整曲線形狀，修改低靈敏度區域的寬度。

相關參數：