PX4 用户指南（V1.13）

# 混合与执行器

PX4 架构可确保机身布局无需在核心控制器中进行特殊情况处理。

混合是指采取强制命令（如 右转)，并将其转换为控制电机或伺服器的执行器指令。对于每个副翼都有一个伺服器的飞机来说，这就意味着要对其中一个伺服器发出高、低指令。这同样适用于多旋翼飞机：向前俯仰需要改变所有电机的速度。

将混合器逻辑与实际姿态控制器分离，可大大提高可重用性。

# 控制管道

特定的控制器会向混合器发送一个特定的归一化力或扭矩需求（比例范围为 -1...+1），然后混合器会相应地设置各个执行器。然后，输出驱动器（如 UART、UAVCAN 或 PWM）将其缩放为执行器的本机单位，如 1300 的 PWM 值。

混合器控制管道

# 对照组

PX4 使用控制组（输入）和输出组。从概念上讲，它们非常简单：例如 态度或 万向 为有效载荷。输出组是一条物理总线，例如伺服的前 8 个 PWM 输出。每个组都有 8 个规范化（-1...+1）指令端口，可通过混频器进行映射和缩放。混频器定义了如何将这 8 个控制信号分别连接到 8 个输出端。

对于一架简单的飞机，控制 0（滚动）直接连接到输出 0（副翼）。对于多旋翼飞行器来说，情况则有些不同：控制 0（滚转）与所有四个电机相连，并与油门相结合。

# 0 号控制组（飞行控制）

  • 0: 掷骰子（-1...1）
  • 1: 间距（-1...1）
  • 2：偏航（-1...1）
  • 3：节流阀（0...1 正常范围，-1...1 用于可变螺距/反推力装置）
  • 4: 襟翼（-1...1）
  • 5: 捣乱者 (-1..1)
  • 6：气闸（-1...1）
  • 7：起落架（-1...1）

# 控制组 #1（飞行控制 VTOL/备用机）

  • 0：滚动 ALT（-1...1）
  • 1：螺距 ALT（-1...1）
  • 2：偏航 ALT（-1...1）
  • 3：节流阀 ALT（0...1 正常范围，-1...1 用于可变螺距/反推力装置）
  • 4：保留 / aux0
  • 5：保留 / aux1
  • 6：保留 / aux2
  • 7：保留 / aux3

# 对照组 #2（万向节）

  • 0: 万向节滚动
  • 1: 万向节间距
  • 2: 万向偏航
  • 3: 云台快门
  • 4: 摄像机变焦
  • 5: 保留
  • 6: 保留
  • 7：保留（降落伞，-1...1）

# 对照组 #3（手动直通）

  • 0: RC 翻滚
  • 1: RC 螺距
  • 2: 遥控偏航
  • 3: 遥控节流阀
  • 4：RC 模式开关（RC 通道的直通，由 RC_MAP_FLAPS)
  • 5：RC aux1（RC 通道的直通，由 RC_MAP_AUX1)
  • 6：RC aux2（RC 通道的直通，由 RC_MAP_AUX2)
  • 7：RC aux3（RC 通道的直通，由 RC_MAP_AUX3)

备注

该组仅用于定义 RC 输入与特定输出之间的映射。 正常运行 (见 quad_x.main.mix (打开新窗口） 在混合器中缩放 AUX2 的示例）。在手动 IO 故障安全覆盖的情况下（如果 PX4FMU 停止与 PX4IO 板通信），只使用控制组 0 输入为滚动、俯仰、偏航和油门定义的映射/混合（其他映射将被忽略）。

# 6 号对照组（第一个有效载荷）

  • 0: 功能 0
  • 1: 功能 1
  • 2：功能 2
  • 3：功能 3
  • 4：功能 4
  • 5：功能 5
  • 6：功能 6
  • 7：功能 7

# 虚拟控制组

警告

虚拟控制组仅适用于创建 VTOL 代码的开发人员。它们不应在混合器中使用，仅用于提供完整性。

这些组不是混合器输入，而是作为元通道，将固定翼和多旋翼直升机控制器的输出输入 VTOL 调速器模块。

# 控制组 #4（飞行控制 多旋翼 VIRTUAL）

  • 0：滚动 ALT（-1...1）
  • 1：螺距 ALT（-1...1）
  • 2：偏航 ALT（-1...1）
  • 3：节流阀 ALT（0...1 正常范围，-1...1 用于可变螺距/反推力装置）
  • 4：保留 / aux0
  • 5：保留 / aux1
  • 6：保留 / aux2
  • 7：保留 / aux3

# 控制组 #5（飞行控制 FW VIRTUAL）

  • 0：滚动 ALT（-1...1）
  • 1：螺距 ALT（-1...1）
  • 2：偏航 ALT（-1...1）
  • 3：节流阀 ALT（0...1 正常范围，-1...1 用于可变螺距/反推力装置）
  • 4：保留 / aux0
  • 5：保留 / aux1
  • 6：保留 / aux2
  • 7：保留 / aux3

# 输出组/映射

一个输出组是一条物理总线（如 FMU PWM 输出、IO PWM 输出、UAVCAN 等），它有 N 个（通常为 8 个）标准化（-1...+1）命令端口，可通过混合器进行映射和缩放。

混合器文件没有明确定义实际的 输出组 (物理总线）的输出。相反，混音器的用途（如控制主输出或辅助输出）是通过混音器推断出来的。 文件名并映射到系统中相应的物理总线上 启动脚本 (特别是在 rc.interface (打开新窗口）).

备注

之所以需要这种方法，是因为 MAIN 输出所使用的物理总线并不总是相同的；它取决于飞行控制器是否有 IO 板（请参阅 "IO 板"）。 PX4 飞行控制器参考设计> 主要/IO 功能分解）或使用 UAVCAN 进行电机控制。启动脚本使用设备的抽象概念，将混音器文件加载到电路板的相应设备驱动程序中。主混音器加载到设备 /dev/uavcan/esc 如果启用了 UAVCAN，则为 (uavcan)，否则为 /dev/pwm_output0 (在带有 I/O 板的控制器上，该设备被映射到 IO 驱动程序；在没有 I/O 板的控制器上，该设备被映射到 FMU 驱动程序）。辅助混音器文件加载到设备 /dev/pwm_output1映射到带有 I/O 板的 Pixhawk 控制器上的 FMU 驱动程序。

由于存在多个控制组（如飞行控制、有效载荷等）和多个输出组（总线），因此一个控制组可以向多个输出组发送命令。

混音器输入/输出映射

备注

实际上，启动脚本只能将混频器加载到单个设备（输出组）中。这是一种配置限制，而非技术限制；您可以将主混音器加载到多个驱动器中，例如，在 UAVCAN 和主引脚上使用相同的信号。

# PX4 混合器定义

混合器是在纯文本文件中使用 句法 下图

预设机身的文件可在 ROMFS/px4fmu_common/mixers (打开新窗口）.这些可用作定制的基础，也可用于一般测试目的。

# 混音器文件名

混合器文件必须命名为 XXXX.主要.混合 如果它负责混音 MAIN 输出或 XXXX.辅助.混合 如果它能混合 AUX 输出。

# 搅拌机装载

PX4 固件中的默认混音器文件集定义在 px4fmu_common/init.d/airframes/ (打开新窗口）.可通过 SD 卡目录中的同名混音器文件覆盖这些设置 /etc/mixers/ (SD 卡混音器文件按优先级加载）。

PX4 可加载名为 XXXX.主要.混合 到主输出和 YYYY.辅助.混合 在 AUX 输出端，前缀取决于机身和机身配置。MAIN 和 AUX 输出通常对应 MAIN 和 AUX PWM 输出，但在启用 UAVCAN（或其他）总线时，这些输出也可以加载到 UAVCAN 总线上。

主混音器文件名（前缀为 XXXX) 在机身配置中使用 设置 MIXER XXXX 例如 机身编号/10015_TBS_Discovery (打开新窗口） 电话 设置 MIXER quad_w 加载主混音器文件 quad_w.主要.混合).

AUX 混合器文件名（前缀为 YYYY 以上）取决于机身设置和/或默认值：

  • MIXER_AUX 可用于 明确地 设置加载哪个 AUX 文件（例如在 aiframe 配置中）、 设置 MIXER_AUX vtol_AAERT 将加载 vtol_AAERT.aux.mix).
  • 多旋翼和固定翼机身载荷 pass.aux.mix (打开新窗口） 默认设置（即如果没有使用 MIXER_AUX).

    TIP

    pass.aux.mix 是 RC 直通式混音器传递 4 个用户定义的 RC 通道的值（使用 RC_MAP_AUXx/RC_MAP_FLAPS 参数）到 AUX 输出端的前四个输出端。

  • VTOL 框架会加载使用 MIXER_AUX 指定的值，或 混音器 如果没有。
  • 启用了云台控制（输出模式设置为 AUX）的帧将 否决 机身特定的 MIXER_AUX 设置，并加载 mount.aux.mix 在 AUX 输出端上。

备注

混合器文件加载在 ROMFS/px4fmu_common/init.d/rc.interface (打开新窗口）.

# 加载自定义混合器

PX4 从 SD 卡目录中加载名称合适的混音器文件 /etc/mixers/按首选项，然后在固件中选择版本。

要加载自定义混音器，应将其命名为与 "普通"混音器文件（将由机身加载）相同的名称，并将其放入 etc/mixers 飞行控制器 SD 卡上的目录。

通常情况下，您会覆盖/替换 辅助 您当前机身的混音器文件（可能是遥控直通混音器--）。 pass.aux.mix (打开新窗口）).有关 搅拌器装载.

TIP

您还可以 人工 在运行时使用 混频器负载 命令（从而避免重新启动）。例如，加载混音器 /etc/mixers/test_mixer.mix 在 MAIN PWM 输出上输入以下命令 游戏机:

混音器加载 /dev/pwm_output0 /fs/microsd/etc/mixers/test_mixer.mix

# 语法

混音器文件是定义一个或多个混音器定义的文本文件：一个或多个输入与一个或多个输出之间的映射。

混合器的定义有四种： 多旋翼搅拌机, 直升机搅拌机, 总和混合器和 无效混合器.

  • 多旋翼搅拌机 - 为 4、6 或 8 转子载具定义 + 或 X 几何形状的输出。
  • 直升机混合器 - 定义直升机斜盘伺服器和主电机电调的输出（尾旋翼是单独的）。 总和混合器.)
  • 求和混合器 - 将零个或多个控制输入合并为一个执行器输出。输入被缩放，混合功能在应用输出缩放器之前对结果求和。
  • 空混合器 - 产生一个输出为零（未进入故障安全模式时）的单个执行器输出。

TIP

使用 多旋翼 和 直升机搅拌机 为各自类型的 总和混合器 用于伺服和执行器控制，以及 无效混合器 用于创建在正常使用时必须为零的输出（例如，降落伞在正常情况下为 0，但在故障安全时可能会有一个特定值）。A VTOL 混合器 结合了其他类型的混合器。

每个混音器产生的输出数量取决于混音器的类型和配置。例如，多旋翼混音器会根据几何形状产生 4、6 或 8 个输出，而求和混音器或空混音器只会产生一个输出。

您可以在每个文件中指定多个混频器。输出顺序（将混合器分配给执行器）取决于读取混合器定义的设备；对于 PWM 设备，输出顺序与声明顺序一致。例如，如果您为一个四边形几何体定义了一个多旋翼混合器，然后是一个空混合器，接着是两个求和混合器，那么这将为四边形几何体分配前 4 个输出、一个"空"输出和后两个输出。

每个混合器的定义都以一行形式开始：

<标签>: <混合器参数>；

标签 选择混音器类型（有关每种类型的详细信息，请参阅链接）：

有些混合器的定义由多个标记组成（例如 O 和 S)，与上述混合器类型标记一致。

备注

任何一行，如果开头不是一个大写字母，后面不是冒号，都可以忽略不计（因此，解释性文字可以与定义自由混合）。

# 求和混频器

求和混合器用于执行器和伺服控制。

求和（简单）混合器将零个或多个控制输入合并为一个执行器输出。输入被缩放，混合函数在应用输出缩放器之前对结果求和。输出缩放器中还可指定最小执行器移动时间限制（回转速率的倒数）。

一个简单的混合器定义首先是

M: <control count> O: <-ve scale> <+ve scale> <offset> <lower limit> <upper limit> <遍历时间>；

如果 <控制计数>； 为零，总和实际上为零，混音器将输出一个固定值，即 <offset>； 碍 <下限>； 和 <上限>；.

第二行定义输出缩放器，缩放器参数如上所述。虽然计算是以浮点运算的方式进行的，但存储在定义文件中的数值是按 10000 的系数缩放的；也就是说，偏移量为 -0.5 时，编码为 -5000。偏移量 遍历时间>； (输出标尺上的（可选）适用于移动速度过快可能会损坏的执行器，如 VTOL 飞行器上的倾转执行器。它可用于限制执行器的变化速率（如果未指定，则不应用速率限制）。例如 遍历时间>； 值为 20000 时，将限制执行器的变化率，使其至少需要 2 秒钟才能从 "开始 "到 "结束"。 <下限>； 到 <上限>； 反之亦然。

备注

  • 遍历时间>； 只有在硬件需要时才能使用！
  • 不要对控制飞行器姿态的执行器（如空气动力表面的伺服器）施加任何限制，因为这很容易导致控制器不稳定。

该定义还包括 <控制计数>； 描述控制输入及其缩放的条目，格式为

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

备注

S: 线必须低于 O: 线。

备注

任何混音器输出端都有一个节流输入端（一个 S:-与 <组>=0 和 <索引>=3) 在解除或预设状态下不会工作。例如，有四个输入（滚转、俯仰、偏航和油门）的伺服器在解除警报状态下即使有滚转/俯仰/偏航信号也不会移动。

组>； 值标识缩放器将读取的控制组，而 <索引>； 在该组中的偏移值。这些值是读取混音器定义的设备所特有的。

用于混合载具控制时，混合器零组为载具姿态控制组，指数值零至三通常分别为滚转、俯仰、偏航和推力。

该行的其余字段使用上述参数配置控制缩放器。虽然计算是以浮点运算的方式进行的，但存储在定义文件中的数值是按 10000 的系数缩放的；也就是说，偏移量为 -0.5 时，编码为 -5000。

下面举例说明一个典型的混合器文件 这里.

# 空混合器

空混合器不消耗任何控制器，只产生一个值始终为零的执行器输出。

通常情况下，空混合器在混合器集合中用作占位符，以实现特定的执行器输出模式。它还可用于控制故障安全设备的输出值（正常使用时输出值为 0；故障安全时混频器被忽略，取而代之的是故障安全值）。

空混合器定义的形式是

Z:

# 多旋翼搅拌机

多旋翼混合器将四个控制输入（滚转、俯仰、偏航、推力）组合成一组执行器输出，用于驱动电机速度控制器。

混合器定义是一行表格：

R：<几何> <滚动标尺> <俯仰标尺> <偏航标尺> <怠速>；

支持的几何形状包括

  • 4x - X 配置的四旋翼飞行器
  • 4+ - + 配置的四旋翼飞行器
  • 6x - 采用 X 配置的六旋翼飞行器
  • 6+ - 采用 + 配置的六旋翼飞行器
  • 8x - X 配置的八旋翼飞行器
  • 8+ - 采用 + 配置的八旋翼飞行器

每个滚转、俯仰和偏航比例值都决定了滚转、俯仰和偏航控制相对于推力控制的比例。虽然计算是以浮点运算的方式进行的，但存储在定义文件中的数值是按 10000 的系数缩放的，即 0.5 的系数编码为 5000。

滚动、俯仰和偏航输入的范围为-1.0 至 1.0，而推力输入的范围为 0.0 至 1.0。每个执行器的输出范围为-1.0 至 1.0。

空转速度范围为 0.0 至 1.0。空转速度是相对于电机的最大速度而言的，是在所有控制输入为零时指令电机旋转的速度。

在执行机构达到饱和的情况下，所有执行机构的数值都会被重新调整，使饱和执行机构的数值限制在 1.0。

# 直升机搅拌机

直升机混合器将三个控制输入（滚转、俯仰、推力）组合成四个输出（旋转板舵机和主电机电调设置）。直升机混合器的第一个输出是主电机的油门设置。随后的输出为十字盘舵机。尾旋翼可通过添加一个简单的混合器来控制。

推力控制输入用于主发动机设置以及斜盘的集体俯仰。它使用一个油门曲线和一个俯仰曲线，两者都由五个点组成。

备注

油门和螺距曲线将摇杆输入位置映射为油门值和螺距值（分别）。这样就可以根据不同的飞行类型调整飞行特性。有关如何调整曲线的说明，请参阅 本指南 (打开新窗口） （搜索 可编程节气门曲线 和 可编程螺距曲线).

混频器定义的开头是

H：<斜盘舵机数量，3 或 4 个均可> T：<推力时的油门设置：0%> <25%> <50%> <75%> <100%> P：<推力时的集合螺距：0%> <25%> <50%> <75%> <100%>；

T: 定义节流曲线的点。 P: 定义了螺距曲线的点。两条曲线都包含 0 到 10000 之间的五个点。对于简单的线性行为，曲线的五个值应该是 0 2500 5000 7500 10000.

随后是每一个斜盘舵机（3 或 4 个）的行，格式如下：

S：<角度> <臂长> <刻度> <偏移量> <下限> <上限>；

<角度>； 的单位是度，0 度为鼻子的方向。从上往下看，正角为顺时针方向。角度 臂长>； 是标准化长度，10000 等于 1。如果所有伺服臂长度相同，则数值都应为 10000。臂长越大，伺服偏转量越小，臂长越短，伺服偏转量越大。

伺服输出的比例为 <scale> / 10000.缩放后 <offset>； 应介于 -10000 和 +10000 之间。括号内为 <下限>； 和 <上限>； 应为 -10000 和 +10000，以实现全伺服范围。

尾旋翼可通过增加一个 总和混合器:

M: 1 S: 0 2 10000 10000 0 -10000 10000

这样，尾旋翼的设置就可以直接映射到偏航指令。这既适用于伺服控制的尾旋翼，也适用于配有专用电机的尾旋翼。

叶片 130 直升机搅拌机 (打开新窗口） 可以作为一个例子。

H: 3 T: 0 3000 6000 8000 10000 P: 500 1500 2500 3500 4500 # 斜盘伺服器：S: 0 10000 10000 0 -8000 8000 S: 140 13054 10000 0 -8000 8000 S: 220 13054 10000 0 -8000 8000 # Tail servo：M: 1 S: 0 2 10000 10000 0 -10000 10000
  • 油门曲线开始时坡度稍大，在 50%推力时达到 6000 (0.6)。
  • 它继续以较小的陡坡达到 10000（1.0），推力为 100%。
  • 俯仰曲线是线性的，但没有使用整个范围。
  • 在 0% 油门时，集合螺距设置已为 500（0.05）。
  • 最大油门时，集体螺距仅为 4500（0.45）。
  • 对这种类型的直升机来说，使用较高的数值会使叶片失速。
  • 该直升机的斜板伺服器位于 0、140 和 220 度角处。
  • 伺服臂长度不等。
  • 第二个和第三个伺服器的臂长比第一个伺服器长 1.3054。
  • 舵机受机械限制，只能使用 -8000 和 8000。

# VTOL 混合器

VTOL 系统使用一个 多旋翼搅拌机 多旋翼输出，以及 总和混音器 用于固定翼作动器（如果是 VTOL 倾转旋翼机，则用于倾转伺服器）。

VTOL 飞行器的混合器系统既可以合并为一个混合器，将所有执行器连接到 IO 或 FMU 端口，也可以分割成独立的 IO 和 AUX 混合器文件。如果分开，我们建议将所有多旋翼飞行器电机连接到一个端口，将所有舵机和固定翼电机连接到另一个端口。

备注

从 PX4 v1.11 开始，FMU 输出只能用于多旋翼电机。要使用 FMU 输出，请设置 VT_MC_ON_FMU=1 (否则在固定翼飞行模式下不会关闭）。

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