本文轉載自：https://blog.csdn.net/xiaoshuai537/article/details/60465851
ArduPilot官方Tutorial PDF(2017.2): http://download.csdn.net/download/xiaoshuai537/10262086
ArduPilot中有14種常用的模式：
- 依賴GPS的模式有：Auto、Circle、Drift、Follow Me、Guided、Loiter、PosHold、RTL和Throw；
- 不依賴GPS的有：Acro、Alt Hold、Land、Sport和Stabilize模式。
1. Acro（特技模式）
直接用搖桿控制飛行器的角速度，鬆開搖桿飛行器將保持原有的姿態。常用於特技表演。
2. Alt Hold（定高模式）
在Alt Hold模式下，飛行器保持高度不變，可以操作俯仰、滾轉和偏航。Alt Hold模式是很多模式的基礎，例如Loiter和Sport。Alt Hold採用氣壓計測高、如果高度低於約8m，可以自動使用聲吶定高。
2.1 用油門控制飛行器的升降速度：
- 油門在40-60%（死區）會保持現有高度；
- 超出上述範圍，根據搖桿撥動幅度，升降速度會不同，油門爲0時，下降速度爲2.5m/s，油門100%，上升速度爲2.5m/s，該數值可以通過PILOT_VELZ_MAX調整；
- 死區的範圍可以通過THR_DZ調整，調整範圍爲0-400，0表示死區爲0,400表示死區爲（50-40）%~（50+40）%，即10-90%。
2.2 PID調試
- Altitude Hold中的P將高度偏差轉化爲升降速度偏差，P越大，保持高度穩定的趨勢越強，但是P值過大會導致不平穩；
- Throttle Rate中PD用於將升降速度轉化爲升降加速度；
- Throttle Accelerate中PID用於將加速度偏差轉化到電機輸出，P:I=1:2，其值不能增加，但是對於動力強勁的飛行器，將其值減小（如P=0.5，I=1）可能會得到更好的響應；
2.3 用日誌驗證效果
下載日誌，比較氣壓計高度（BarAlt）、目標高度（DelAlt）和內部導航估計的高度（Alt）。
2.3 常見問題
- 強烈震動導致飛行器突然爬升；
- 飛行器升降緩慢，這是由於油門不在中位，通常發生在從手動模式（如Stabilize）切換到AltHold模式時；
- 剛切換到AltHold模式時，電機可以短時停轉，這是由於在快速爬升時切換到該模式；
- 空氣壓力改變時可能導致飛行器高度波動；
- 飛行器高速飛行後會出現短暫掉高（1-2m），這是由於空氣動力學的影響，飛行器頂部壓力降低，飛控因爲飛行器高度增加了；
- 接近地面時，氣壓計測量變得不準確；
- 光直射會導致高度變化
2.4 充足的動力
理想情況下降，50%油門時能夠飛行是比較合適的，超過70%會比較危險。
如果你在遙控器中設置了油門曲線expo，死區範圍將會增大。
3. Auto（自動模式）
將執行預編程指令，包括導航命令和DO命令。
3.1 控制
- 從地面起飛時，油門大於0時開始執行任務；如果在空中開啓Auto模式，會跳過自動跳過TakeOff（起飛）命令。
- 任何時候Auto模式都可以切換到其他模式，當再次回到Auto模式時，從頭開始執行任務。
- Auto模式飛行過程中，roll、pitch和throttle操作都會被忽略，但是可以通過遙控器控制yaw，這允許飛行過程中飛行器以一定指向前進；在經過下一個航點時，飛控會嘗試重新獲取yaw的控制權。
- 飛行任務指令可以通過【飛行計劃】進行修改。
3.2 調試
Auto模式融合了AltHold模式的高度控制和Loiter模式的位置控制。
最大水平速度可以在上圖SPEED中設置，一般多旋翼飛行器飛行速度可達10-13m/s。高度方向最大速度可以通過Speed Up和Speed Dn設置。與航點距離小於Radius設定值時，任務認爲完成了，這個只有當航點設置有延時時才應用。
4. Brake（剎車模式）
這個模式將盡快停止飛行器，該模式使用了Loiter，需要GPS的支持，一旦啓用，該模式不接受飛行操控信號。
5. Circle（繞圈模式）
繞圈模式會以興趣點爲中心，機頭朝興趣點旋轉，旋轉半徑可以通過CIRCLE_RADIUS控制。如果半徑爲0，則飛行器原地不動，緩慢旋轉。飛行速度可以通過CIRCLE_RATE修改，正表示順時針旋轉。當旋轉時產生的中心加速度超過限制（WPNAV_ACCEL）時，旋轉速度會被限制。
roll和pitch對該模式無效，但是throttle可以控制飛行高度，遙控器可以控制yaw，調整機頭方向，並且重啓該模式前，該模式不會嘗試重新獲取yaw控制權。
在mission planner中，LOITER_TURNS包含了CIRCLE模式。
6. Drift（漂移模式）
- 漂移模式允許像固定翼一樣操控多旋翼，其設置了自動的座標系轉換。
- 用戶直接控制yaw和pitch，但是roll由飛行器控制；
- 與stabilize相同的方式控制throttle
7. Follow Me（跟隨模式）
需要使用數傳、地面站以及藍牙或USB GPS模塊。
飛行器每2s執行Fly to here命令。
8. Guided（引導模式）
該模式利用數傳好地面站，實時引導飛行器位置。引導模式不是一個基本模式，是在其他幾種模式中切換形成的。當飛行器到達目標點後，會在目標點上方懸停。
Guided_NoGPS模式不需要GPS，他接受姿態目標而非速度和位置目標。
9. Land（着陸模式）
10m以上採用AltHold模式中設置的下降速度：
10m以下采用LAND_SPEED中設置的下降速度，默認0.5m/s；
落地後，會自動停止電機轉動，如果油門處於最低位置會上鎖；
油門最低、升降速度小於0.2m/s超過1s，並且高度不超過home高度10m，即認爲着陸；
如果着陸時飛行器反彈，嘗試降低LAND_SPEED中下降速度；
如果飛行器有GPS鎖，則採用Loiter模式控制飛行器；如果飛行器無GPS，則採用Stabilize模式。
10. Loiter（懸停模式）
懸停模式會保持飛行器當前的高度、位置和航向。
10.1 控制
- 可以通過roll和pitch控制飛行器位置，默認水平最大速度爲5m/s；
- 高度可以通過throttle控制，如同AltHold模式；
- 航向可以通過yaw控制；
- 只有在GPS 3D 鎖定並且HODP小於2.0時才能在Loiter模式下解鎖。
10.2 調試
- WPNAV_LOIT_SPEED：最大水平速度（默認5m/s），默認最大加速度數值爲其一半（默認2.5m/s2）；
- WPNAV_LOIT_MAXA：最大加速度（cm/s2），值越大，加速和停止性能越好；
- WPNAV_LOIT_MINA：最小加速度，值越大，搖桿回中時停止越快，但是可能導致動作不平滑；
- WPNAV_LOIT_JERK：加速度的改變（cm/s3），越大響應越快，越小越平滑；
- POS_XY_P（上圖中Loiter PID中的P）：將位置差轉換爲合適的移動速度；
- VEL_XY_P（上圖中Rate Loiter PID）：將速度轉換爲加速度，加速度隨後轉換爲傾斜角度，傳送給Stabilize模式處理。
10.3 常見問題
- 搖桿回中後，穩定得非常慢可以增加WPNAV_LOIT_MAXA（例如到500）、WPNAV_LOIT_MINA（例如到100）和WPNAV_LOT_JERK（例如到4000）；
- 飛行器轉圈，這通常是磁羅盤問題，最可能的原因是電池電纜的影響，可以進行磁羅盤補償（http://ardupilot.org/copter/docs/common-compass-setup-advanced.html#common-compass-setup-advanced-compassmot-compensation-for-interference-from-the-power-wires-escs-and-motors）或者採用外置磁羅盤；磁羅盤校準過程出現問題也可能導致該現象；
- 懸停模式一啓用，飛行器朝錯誤方向飛，這個 問題原因同上，不同之處在於偏差角度大於90度；
- 懸停正常，突然像錯誤方向移動，這通常是GPS失靈導致。因此需要隨時準備手動接管，此外，起飛前保證良好的HDOP、以及減小GPSGLIPTCH_RADIUS和GPSGLIPTCH_ACCEL以加強失靈檢測也是有利的；
10.4 HDOP顯示
雙擊【飛行數據】左下角【快速】中某顯示數值，可以改爲顯示HDOP。
10.5 通過日誌驗證懸停性能
查看NTUN中DesVelX和VelX，以及DesVelY和VelY。
高度信息查看如同AltHold。
11. PosHold（懸停角度控制模式）
PosHold模式和Loiter模式類似，都是保持當前高度、位置和航向。不同的是PosHold模式的搖桿直接控制飛行器偏轉的角度。
最大的剎車角度可以通過PHLD_BRAKE_ANGLE設置（3000表示30°）。
飛行器旋轉到最大角度的速度可以通過PHLD_BRAKE_RATE設置（8表示8°/s）。
12. Position（位置模式）
與Loiter模式類似，保持當前位置和航向，不同之處在於手動控制油門以升降飛行器。
GPS鎖定的LED燈顯示：
- APM上藍色LED燈穩定；
- GPS上藍色LED燈穩定；
- GPS+COMPASS上藍色LED燈閃爍。
13. RTL（返程模式）
RTL模式將引導飛行器飛回HOME上方。
13.1 概述
當飛行器高度高於RTL_ALT時將保持原有高度，反之則按RTL_ALT高度飛行，默認值爲15m。
對於旋翼飛行器，RTL將返回至GPS定位後解鎖的地方。
RTL模式使用氣壓計測量高度，6m以下可以採用聲吶定高。
13.2 選項
（1）RTL_ALT：返回的最低高度
- 設爲0表示在當前高度返回；
- 返回高度0.01~8m；
- 默認返回高度爲15m；
（2）RTL_ALT_FINAL：完成任務或RTL最後階段的高度
- 設爲0將自動着陸；
- 最終高度0.01~10m；
（3）RTL_LOIT_TIME：停在HOME上方的時間（ms），時間0~60s
（4）WP_YAW_BEHAVIOR：設置任務和RTL中的偏航角度
- 0表示不改變yaw；
- 1表示面向下一個航點或RTL時面向家的方向；
- 2表示面向下一個航點，RTL時保持最終航向不變；
（5）LAND_SPEED：最終階段下降的速度（0.2~2m/s）
（6）RTL_CLIMB_MIN：RTL初始階段最低爬升高度（cm），默認爲0
（7）RTL_SPEED：返回時的水平速度（cm/s），默認爲0，表示使用WPNAV_SPEED
（8）RTL_CONE_SLOPE：定義當返回點離家很近時的爬升斜率
13.3 注意事項
- WPNAV_ACCEL、WPNAV_SPEED_DN和WPNAV_SPEED_UP也會影響RTL模式；
- 需要GPS定位；
- 降落和重新解鎖將會重新定義HOME的位置；
- 如果飛行中GPS定位，HOME將設在此處；
- 如果設置RTL_ALT爲非0，返回時將保持該高度；
- RTL使用WPNAV_SPEED來定義飛行速度；
- 飛行器到達HOME上方時將暫停RTL_LOIT_TIME、AUTO_LAND的時間，然後降落。
14. Simple（簡單模式）和Super Simper（超簡模式）
這兩種模式可以使用戶不用關心飛行器的朝向。
- 這兩種模式可 以疊加到幾乎所有模式下（除了Acro和Drift）；
- 簡單模式的朝向以起飛時朝向爲參考方向定義座標系、只需要磁羅盤；
- 超簡模式定義飛行器與家的方向爲參考方向定義座標系，需要GPS定位；
- 兩個模式可以與普通模式之間通過遙控器上CH7/CH8切換。
超簡模式下，無論飛行器在任何位置，往回拉pitch將試飛行器往家的方向走；但是在離家10m範圍內，方向不會更新，因此不宜在家附近飛。
15. SPORT（運動模式）
- roll、pitch和yaw控制飛行器的轉動速率，因此當搖桿歸位時，飛行器將保持當前姿態；
- 最大角度爲45°（可以通過ANGLE_MAX設置）；
- 高度採用AltHold控制方法，因此油門中間10%範圍內油門搖桿將不起作用，升降速度爲2.5m/s（通過PILOT_VELZ_MAX設置）
16. Stabilize（自穩模式）
- 自穩模式會自動平衡roll軸和pitch軸。
- roll和pitch輸入控制飛行器的傾斜角度，當鬆開roll和pitch搖桿時飛行器自動平衡；
- 飛行器需要週期性roll和pitch來保持位置，因爲有風的影響；
- 當鬆開yaw杆時保持當前朝向；
- 油門控制電機的平均速度，如果油門波到最低其轉速回達到最低值MOT_SPIN_ARMED；
- 油門輸出到電機的大小是由飛行器的傾斜角度自動分配的。
16.1 調試
- ANGLE_MAX控制最大傾斜角，默認爲45°；
- ANGLE_RATE_MAX控制最大的旋轉速度，默認爲180°/s；
- ACRO_YAW_P控制根據yaw的輸入，飛行器旋轉速度，默認的4.5控制當搖桿到最大值時轉速爲200°/s，越大轉速越快；
- 自穩模式roll/pitch的P控制飛行器響應輸入差值的速度，默認4.5會在1°偏差時以4.5°/s旋轉，7或者8會使飛行器產生更強的反應來抵抗風的影響；若P較低，會導致旋轉緩慢，可能使抗風能力降低，甚至導致墜機。如果想使飛行更平滑，首先應先嚐試降低RC_Feel的值；
- Rate Roll/Pitch P, I和D根據理想的轉速控制電機的輸出。這些項通常與負載能力與重量比有關，比值越高，PID值越小。例如高負載飛行器的P值可低至0.08，而低負載的飛行器P值可到0.18甚至更高；
（1）P值是調試飛行器最重要的參數；
（2）P值越高，響應越快；
（3）默認P爲0.15；
（4）I用於補償使飛行器長時間不能保持理想速度的外力；
（5）I越高維持理想速度的響應越快，並且會快速下降來避免超調；
（6）D用於抑制飛行器加速到理想點的響應，D值高可能會導致不尋常的震動和記憶效應（響應慢），合適的D爲0.011；
（7）根據飛行器的不同，值可以在0.001~0.02範圍內變化；
16.2 利用日誌驗證效果
比較ATT中Roll-In/DesRoll（理想值）和Roll（實際值），以及Pitch-In/DesPitch和Pitch。
16.3 常見問題
- 新飛行器起飛時彈跳，這通常是由於電機順序不對或者槳不對；
- 飛行器繞roll/pitch軸搖擺，這通常表示 Rate P不對；
- 飛行器下降較快時搖擺，這是由於槳的自洗導致，這不太可能調整好，但是提高Rate Roll/Pitch P可能會有幫助；
- 飛行器起飛時左或者右轉15°，這是由於一些電機可能不是線性的或者ESC沒有校準好；
- 即使在無風環境下，飛行器也偏向於向一方飛行，嘗試SavTrim或AutoTrim來使飛行器水平；
- 飛行器高度保持不好，這是由於自穩模式是手動模式，需要搖桿控制穩定；
- 有時roll和pitch抽動，正常情況下是由接收機受到某種干擾引起的或者是ESC問題，解決方法是重新校準；
- 飛行過程中突然彈跳，這可能是電機或者ESC的機械故障；
17. Throw（拋飛模式）
拋飛模式存在危險性，該模式允許飛行器拋向空中來啓動電機，當在空中時，該模式不在接受任何輸入信息，這個模式需要GPS。
17.1 使用方法
（1）飛行器上鎖；
（2）切換到拋飛模式；
（3）檢查GPS是否定位；
（4）解鎖飛行器，飛行器蜂鳴時處於待命狀態，電機默認情況下不旋轉；
（5）將飛行器拋出（爬升速度達到0.5m/s，速度達到5m/s）；
（6）飛行器停止時，切換到其他模式重新獲得控制權；
電機將在飛行器達到頂點時啓動，電機啓動後會首先穩住機身（保持水平和停止旋轉），然後停止掉高，最紅水平方向也停止移動。
17.2 設置
- THROW_TYPE：0表示往上扔飛行器，1表示往下扔，如果是往下扔，高度至少10m；
- THROW_MOT_START：控制電機在待機時是不轉還是緩慢旋轉（0不轉、1緩慢旋轉），默認爲0；
- THROW_NEXTMODE：設置飛行器停止後的下一個飛行模式（Auto、Guided、RTL、Land和Brake模式均支持），設置爲Throw（默認）便保持在該模式等待手動切換到其他模式。
17.3 日誌分析
下圖爲成功拋飛的日誌，垂直速度大於0.5m/s，總速度大於5m/s。
