阿凡达两轴手把手教程——F3F4飞控动力分配矩阵详解

yangyh75

阿凡达两轴教程网站有过几篇，都不尽详细，能成功起飞的凤毛麟角。为了使小白也能成功DIY两轴阿凡达，决定写个手把手教程。一并将飞控的动力分配矩阵做个详解，以便大家可以自定义任意的飞行器架构（两轴、四轴、三轴、甚至是支奴干）。
第一次起飞
https://v.youku.com/v_show/id_XM ... 488e8aab5664b1e9eb1

电源分配面板连接

飞控连接

装配完

一、对应机架的说明——机架要求稳固，特别是机臂，因其除承受升力外，还有旋翼前后倾转陀螺效应力，强度不够会有更多的舵机抖动。
1、两个舵机驱动两个电机底座，使电机具有前后俯仰能力；
2、两个电机反向旋转，通常左电机顺时针旋转，右电机反时针旋转；

二、对于F3飞控直接在命令行输入如下代码，回车，基本就配置好了。（F4飞控管脚定义不一样，需要更改管脚）
#请拷贝以下命令代码，直至save后，回车
#以下三段为核心设置——————————————————————
resource MOTOR 1 A06                             #物理映射左马达的控制信号到MCU的A06管脚（1号插钉）
resource MOTOR 2 A07                             #物理映射右马达的控制信号到MCU的A07管脚（2号插钉）
resource MOTOR 3 NONE                         #解除3号插钉的物理管脚映射，以备左舵机使用
resource MOTOR 4 NONE                         #解除4号插钉的物理管脚映射，以备右舵机使用
resource SERVO 1 A11                              #物理映射左舵机的控制信号到MCU的A11管脚（3号插钉）
resource SERVO 2 A12                              #物理映射右舵机的控制信号到MCU的A12管脚（4号插钉）

mixer CUSTOMAIRPLANE                         #自定义机架构型
mmix reset                                               #复位马达混合器
mmix 0 1.000 1.000 0.000 0.000                #定义左马达对油门100%响应，横滚正向100%响应
mmix 1 1.000 -1.000 0.000 0.000               #定义右马达对油门100%响应，横滚反向100%响应                        

smix reset                                                #复位舵机混合器
smix 0 2 2 -100 0 0 100 0                         #定义1号舵机偏航反向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）
smix 1 2 1 100 0 0 100 0                          #定义1号舵机对俯仰正向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）
smix 2 3 2 -100 0 0 100 0                         #定义2号舵机偏航反向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）
smix 3 3 1 -100 0 0 100 0                         #定义2号舵机对俯仰反向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）


#以下为快捷设置，可以用图形界面设置——————————————————————
feature -RX_SERIAL
feature -ANTI_GRAVITY
feature RX_SERIAL
feature TELEMETRY
feature MOTOR_STOP                            #设置飞控解锁时马达不转
serial 2 64 115200 57600 0 115200          #设置3#串口为遥控接收机信号输入
set serialrx_provider = SBUS                   #设置接收机为SBUS模式
aux 0 1 0 900 2100 0                              #设置5通道控制模式为自稳模式
set gyro_lowpass_hz = 90                      #设置陀螺仪低通滤波90hz

set motor_pwm_protocol = DSHOT600      #设置马达模式（PWM=OFF;ONESHOT125;DSHOT600；等等， 根据电调支持情况而定，一般的PWM电调就 set motor_pwm_protocol = OFF）

save
-----------------------------------------------------------------------------------

三、校准加速度计，检查遥控，模式的设置成功否,舵机中点设置等等，看图识字吧。
       舵机连接可转动电机底座时，应先置jj水平，供电，使舵机处于中立位，然后尽可能的将电机座竖直，将两者连接起来。由于电机输出齿不一定能在中立位与电机座竖直对应，所以连接后调节电机中点是必须的。

四、起飞心得
a、两轴对jj的重心要求比较严苛，起飞前调整重心尽量靠近两个轴的连线，为了能获得更好的稳定性，重心可以放低一点，这样默认PID起飞更加可靠。
b、起飞推油门要干脆利落，一忍一忍的反而会因为地效，气流反弹导致舵机激烈抖动，不能成功起飞。

五、动力分配矩阵描述请看9楼。

3dhx

要火，站位。

逍遥龙四

前排围观，等待教程

飞不高的小小鸟

期待中！

view520

抖动的太厉害了

单叶螺旋桨

强势围观，楼主请继续！

vv.vv

两轴最近比较火

一粒星尘

然后呢？期待中

yangyh75

此楼谈谈运用动力分配矩阵自定义机架类型支持拖了很久，继续作业.........................

任何飞控进行姿态融合计算后都输出四维参数（推力、横滚量、俯仰量和偏航量），飞控的先进性主要体现在这里，从最初的互补滤波到卡尔曼滤波再到扩转卡尔曼滤波，姿态算法越来越优化。但是飞控支持什么样的机架，最终是通过动力分配来实现的。基本是思路就是——每个轴的最终动力=（推力+该轴对roll、pitch、yaw的影响）X {P、I、D}。所以调整相应P、I、D将影响各个姿态的敏感度。

BF/CF的动力分配矩阵是通过一个数组来定义的，而且该数组支持命令行修改，这就为玩家带来了无穷发挥的余地。看图理解

从源代码的数组可以看出，对于Y3机架,要飞得好其重心应该位于纵轴的1/3处。
照葫芦画瓢，你可以自定义Y3的构型：
mixer CUSTOMAIRPLANE                         #自定义机架构型
mmix reset                                               #复位马达混合器
mmix 0 1.000 1.000 -0.666 0.000                #定义左马达对油门100%响应，横滚正向100%响应，俯仰正向66.6%响应
mmix 1 1.000 -1.000 -0.666 0.000              #定义右马达对油门100%响应，横滚反向100%响应，俯仰正向66.6%响应
mmix 3 1.000 0.000 1.333 0.000                #定义尾马达对油门100%响应，横滚反向133.3%响应


smix reset                                                #复位舵机混合器
smix 0 1 2 100 0 0 100 0                         #定义1号舵机偏航100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）  


如果你的机架非标准对称机架，甚至不一定要是尾电机控制偏航，可以是左或/和右电机控制偏航，更或者是拖把型Y3，只要三角函数计算各个系数，使用自定义分配矩阵理论上会获得更佳的飞行体验。在APM飞控里面，对于Y3有一个第三轴推力补偿，即第三轴倾转后会对向上的推力有影响，降低了第三轴的向上力，在计算舵机倾转角度后，会给第三轴根据倾转角度计算一个额外增加的推力，这个补偿会使得三轴有更好的飞行体验。

------------------------------------------------------------------------
对于X4机架，其各个轴对于roll、pitch都有影响，其在相应轴的投影都是0.5，在源代码里面对于X4的马达混合器是作了整体扩大至2倍处理的，即都是1。在某些飞控里面为了保证机架更改不影响PID数值，其实保持0.5才是最佳选择。
、

同样照葫芦画瓢，你可以自定义X4的构型：
mixer CUSTOMAIRPLANE                           #自定义机架构型
mmix reset                                               #复位马达混合器
mmix 0 1.000 1.000 -1.000 -1.000              #定义前左马达对油门100%响应，横滚正向100%响应，俯仰反向100%响应，偏航反向100%响应
mmix 1 1.000 -1.000 -1.000 1.000              #定义前右马达对油门100%响应，横滚反向100%响应，俯仰反向向100%响应，偏航正向100%响应
mmix 3 1.000 1.000 1.000 1.000                #定义后左马达对油门100%响应，横滚正向100%响应，俯仰正向100%响应，偏航正向100%响应
mmix 4 1.000 -1.000 1.000 -1.000              #定义后右达对油门100%响应，横滚反向100%响应，俯仰正向100%响应，偏航反向100%响应


偶数轴有需要偏航轴，其偏航是通过正反马达的转速差来实现的。因此四轴（偶数轴非矢量控制）必须要正反桨，三轴可以的使用相同的桨，但这样会影响效率。
四轴因采用正反桨的扭矩差控制偏航，无需定于舵机，即smix无需出现




----------------------------------------------------------------------------------------------------------


对于直升机而言，我们有机械混控（总距与横滚、俯仰由机械臂单独控制）和软件混控（CCPM差分螺距调制，由单片机混和总距与横滚、俯仰量，分别直接赋值给三个CCPM舵机）。由于CCPM控制的机械结构简单，舵机能效高，在电控直升机中已经普遍采用。下面就简单谈谈CCPM的动力分配。

直升机控制就是控制十字盘，如图，不管十字盘怎样布局，对我们而言，只要懂得三角函数，就能知道每个舵机对横滚、俯仰、偏航的影响，然后使用舵机航空器命令
ssmix就可以定义出符合要求的
smix 0 2 2 100 0 0 100 0                     
smix                       0                            1                          2                           100                      0                      0                       100              0                     
舵机混合器        定于顺序号                舵机ID               输入量（0—横滚）        速率                    速度                   最小值              最大值            区块
                                                                                  输入量（1—俯仰）
                                                                                  输入量（2—偏航）

以上是舵机混合器的格式，对于速度 、最大值 、 区块不需要关心默认0就好。如果需要一个舵机对于多个输入量就多次smix就好，如两轴里面里的
smix 0 2 2 -100 0 0 100 0                         #定义1号舵机偏航反向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）
smix 1 2 1 100 0 0 100 0                          #定义1号舵机对俯仰正向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）
smix 2 3 2 -100 0 0 100 0                         #定义2号舵机偏航反向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）
smix 3 3 1 -100 0 0 100 0                         #定义2号舵机对俯仰反向100%响应（如果你的舵机方向与实际要求相反，对应修改中间列的正负号就ok）


左右舵机对俯仰、横滚后要响应，就分别smix一次。

对于支奴干实际上就是两个直升机，按照直升机定义的方法定义出6个舵机就好了。之前修改过APM飞控的代码整的支奴干就是按这个思路来的，只不过APM需要在代码里面修改后，重新编译为机器码刷机。详见——pix玩转两轴支奴干手把手教程——

http://bbs.5imx.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1388617

................................................................................................................................................
至此，大家应该对F3\4\7飞控的马达混合器（mmix）和舵机混合器（smix）有一个全面的了解了，接下来就是飞控的输出，即物理映射电机、舵机的输出管脚。
使用resource命令你可以任意将马达信号、舵机信号输出到你想要的管脚。由于F3\4\7芯片对管脚的定于不一样，所以在不同芯片的飞控上对于马达混合器（mmix）和舵机混合器（smix）是相同的，对于管脚映射就要区别对待，其格式为：
（以下以F3为例）
resource MOTOR 3 NONE                         #解除3号插钉的物理管脚映射，以备以后使用
resource MOTOR 1 A06                             #物理映射1#马达的控制信号到MCU的A06管脚（1号插钉）
resource SERVO 1 A11                              #物理映射1#舵机的控制信号到MCU的A11管脚（3号插钉）


对于任意的飞控，如何知道其管脚定义？
——方法是重置飞控后，在命令行里面输入   resource       就可以看到飞控插钉对应的管脚定义了，记住每个输出插钉对应的管脚定义号，就可以输入映射命令，自定义修改管脚对应的输出。


最后，记住......................................玩转F3\4\7飞控只需要三步：
一、根据需要mmix；
二、根据需要smix；
三、根据芯片resource；

maaffei

f3飞控支持单轴或者共轴双桨的吗？

v223wbd

楼主真的很厉害

安知吾之乐

f3飞控支持2轴吗？

cowrturn

楼主厉害! 此贴必收藏！

zhuanshu721

高手就是厉害，感谢大神

yangyh75

pix飞控也可以飞两轴阿凡达——http://bbs.5imx.com/forum.php?mo ... ;extra=#pid21187715

同样道理，通过修改动力分配矩阵，实现pix飞控的两轴支持。

王写声

讲解的真心不错

2791117081@

F4呢。。。。

yangyh75

2791117081@ 发表于 2018-10-13 17:15
F4呢。。。。

F3/4/7除了管脚映射（芯片的管脚定义不一样）外其余是一样的。

ZXZZH

鱼鹰机,不错

airwolf001

楼主历害！我现在也学着做两轴，遇到了一个问题，Ｆ3飞控bicopter模式，推油门后舵机前倾但舵机不会回中，刚解锁电机旋转舵机是可以回中的，一加速就不行了，楼主能帮着解决下嘛，谢谢