混控和执行器

官网英文原文地址：http://dev.px4.io/concept-mixing.html

PX4架构保证了核心控制器中不需要针对机身布局做特别处理。

混控指的是把控制力指令（例如：'右转'）分配到直接控制电机以及舵机的作动器指令。对直升机而言，每个副翼由一个舵机控制，那么混控就指的是控制其中一个副翼抬起而另一个副翼落下。同样的，对多旋翼而言，俯仰操作需要改变所有电机的转速。

将混控逻辑从实际姿态控制器中分离出来可以大大提高复用性。

Control Pipeline

A particular controller sends a particular normalized force or torque demand (scaled from -1..+1) to the mixer, which then sets individual actuators accordingly. The output driver (e.g. UART, UAVCAN or PWM) then scales it to the actuators native units, e.g. a PWM value of 1300.

Attitude ControllerActuator Control Group 0Gimbal ControllerActuator Control Group 2Actuator 5Actuator 6Actuator 5

Control Groups

PX4 uses control groups (inputs) and output groups. Conceptionally they are very simple: A control group is e.g. attitude, for the core flight controls, or gimbal for payload. An output group is one physical bus, e.g. the first 8 PWM outputs for servos. Each of these groups has 8 normalized (-1..+1) command ports, which can be mapped and scaled through the mixer. A mixer defines how each of these 8 signals of the controls are connected to the 8 outputs.

For a simple plane control 0 (roll) is connected straight to output 0 (elevator). For a multicopter things are a bit different: control 0 (roll) is connected to all four motors and combined with throttle.

Control Group #0 (Flight Control)

  • 0: roll (-1..1)
  • 1: pitch (-1..1)
  • 2: yaw (-1..1)
  • 3: throttle (0..1 normal range, -1..1 for variable pitch / thrust reversers)
  • 4: flaps (-1..1)
  • 5: spoilers (-1..1)
  • 6: airbrakes (-1..1)
  • 7: landing gear (-1..1)

Control Group #1 (Flight Control VTOL/Alternate)

  • 0: roll ALT (-1..1)
  • 1: pitch ALT (-1..1)
  • 2: yaw ALT (-1..1)
  • 3: throttle ALT (0..1 normal range, -1..1 for variable pitch / thrust reversers)
  • 4: reserved / aux0
  • 5: reserved / aux1
  • 6: reserved / aux2
  • 7: reserved / aux3

Control Group #2 (Gimbal)

  • 0: gimbal roll
  • 1: gimbal pitch
  • 2: gimbal yaw
  • 3: gimbal shutter
  • 4: reserved
  • 5: reserved
  • 6: reserved
  • 7: reserved (parachute, -1..1)

Control Group #3 (Manual Passthrough)

  • 0: RC roll
  • 1: RC pitch
  • 2: RC yaw
  • 3: RC throttle
  • 4: RC mode switch
  • 5: RC aux1
  • 6: RC aux2
  • 7: RC aux3

Control Group #6 (First Payload)

  • 0: function 0 (default: parachute)
  • 1: function 1
  • 2: function 2
  • 3: function 3
  • 4: function 4
  • 5: function 5
  • 6: function 6
  • 7: function 7

Virtual Control Groups

These groups are NOT mixer inputs, but serve as meta-channels to feed fixed wing and multicopter controller outputs into the VTOL governor module.

Control Group #4 (Flight Control MC VIRTUAL)

  • 0: roll ALT (-1..1)
  • 1: pitch ALT (-1..1)
  • 2: yaw ALT (-1..1)
  • 3: throttle ALT (0..1 normal range, -1..1 for variable pitch / thrust reversers)
  • 4: reserved / aux0
  • 5: reserved / aux1
  • 6: reserved / aux2
  • 7: reserved / aux3

Control Group #5 (Flight Control FW VIRTUAL)

  • 0: roll ALT (-1..1)
  • 1: pitch ALT (-1..1)
  • 2: yaw ALT (-1..1)
  • 3: throttle ALT (0..1 normal range, -1..1 for variable pitch / thrust reversers)
  • 4: reserved / aux0
  • 5: reserved / aux1
  • 6: reserved / aux2
  • 7: reserved / aux3

Mapping

Since there are multiple control groups (like flight controls, payload, etc.) and multiple output groups (first 8 PWM outpus, UAVCAN, etc.), one control group can send command to multiple output groups.

actuator_group_0output_group_5output_group_6actuator_group_1output_group_0

关键概念

PX4使用控制组（输入）和输出组。从概念上来说他们非常简单：对核心飞行控制来说，控制组是'姿态'，对载荷来说，则是'云台'。输出组则是一条物理总线，例如用于舵机的基本8路PWM输出。每个组有8个标准化的指令端口，这些端口可以通过混控映射和缩放。混控器定义了8路控制信号如何与8路输出信号相联系。

对简单的固定翼而言：control0（滚转）与output0（升降舵）直接相连。对多旋翼而言则不同：control0（滚转）与油门混合后与所有的电机相连。

映射

因为存在许多控制组（例如飞行控制组，载荷组等）和许多输出组（例如基本8路PWM输出组，UAVCAN组等），所以一个控制组可以向多个输出组发送指令。

actuator_group_0output_group_0output_group_1actuator_group_1

PX4混控器定义

ROMFS/px4fmu_common/mixers中的文件实现了预定义机架所使用的混控器。它们可以用于自定义机架或者一般的测试。

语法

mixer通过文本文件定义；以单个大写字母加一个冒号开始的行是有效的。其它的行则会被忽略，这意味着注释可以自由地在定义中穿插使用。

每个文件可以定义多个混控器；混控器与作动器的分配关系由读取混控器定义的设备决定，作动器输出数目则由混控器决定。

例如：每个简单混控器或者空混控器按照它们在混控器文件中出现的顺序对应到输出1到输出x。

一个混控器定义通常具有如下形式：

<tag>: <mixer arguments>

tag标签决定混控器的类型；'M'对应简单求和混控器，'R'对应多旋翼混控器，等等。

空混控器

空混控器不接受控制输入并产生单个作动器输出，其输出值恒为零。空混控器的典型用法是在一组定义作动器特定输出模式的混控器组中占位。

空混控器定义形式如下：

Z:

简单混控器

简单混控器将0个或多个控制输入混合为单个作动器输出。所有输入被缩放后，经过混合函数得到混合后的输入，最后再经过输出缩放产生输出信号。

简单混控器定义如下：

M: <control count>
O: <-ve scale> <+ve scale> <offset> <lower limit> <upper limit>

如果 <control count> 为0，那么混合结果实际上为0，混控器将输出一个定值，这个值是在<lower limit>和<upper limit>限制下的<offset>。

第二行用前文讨论过的缩放参数定义了输出缩放器。计算以浮点操作被执行，存储在定义文件中的值经过了因子10000的缩放，即偏移量-0.5会被存储为-5000。

紧跟在<control count>词目之后的定义描述了控制输入以及它们的缩放，形式如下：

S: <group> <index> <-ve scale> <+ve scale> <offset> <lower limit> <upper limit>

<group>值标示了控制输入来源，缩放器从中读取控制量，<index>值则是控制量在组内的序号。这些值对读取混控器定义的设备而言都是特定的。

当用来混合载体控制时，控制组0是载体姿态控制组，序号0到3通常对应滚转，俯仰，偏航和油门。

混控器定义行中剩下的域则用来配置缩放器，参数如前文讨论。计算以浮点操作被执行，存储在定义文件中的值经过了因子10000的缩放，即偏移量-0.5会被存储为-5000。

多旋翼混控器

多旋翼混控器将4个控制输入（滚转，俯仰，偏航，油门）混合至一组作动器输出，这些作动器用来驱动电机转速控制器。

多旋翼混控器定义如下所示：

R: <geometry> <roll scale> <pitch scale> <yaw scale> <deadband>

支持的构型包括：

  • 4x - X型布局四旋翼
  • 4+ - +型布局四旋翼
  • 6x - X型布局六旋翼
  • 6+ - +型布局六旋翼
  • 8x - X型布局八旋翼
  • 8+ - +型布局八旋翼

每个滚转，俯仰，偏航缩放值定义了滚转，俯仰，偏航控制相对于油门控制的缩放。计算以浮点操作被执行，存储在定义文件中的值经过了因子10000的缩放，即偏移量-0.5会被存储为-5000。

滚转，俯仰和偏航输入的范围为-1.0到1.0，而油门输入的范围为0.0到1.0，作动器输出范围为-1.0到1.0。

当某个作动器饱和时，为保证该作动器值不超出范围，所有的作动器值都会被重新缩放。

© PX4WIKI team all right reserved，powered by Gitbook该文件修订时间： 2017-01-04 03:03:43