1. 课程导入
ArduPilot Plane 是 ArduPilot 开源飞控生态中面向固定翼飞行器的固件分支，与 Copter（多旋翼）、Rover（地面车）、Sub（水下）共享同一套底层架构。理解 Plane 的关键，不是把它当成"多旋翼加一对翅膀"，而是把它视为一个以空速、姿态、高度、航向四类状态量为核心，通过舵面与油门实现能量与轨迹协同控制的系统。固定翼无法悬停，升力依赖前进速度，因此飞控必须在"姿态稳定"与"能量管理"之间持续权衡，这正是 Plane 与 Copter 在控制逻辑上最本质的差异。
一、核心原理：Plane 的控制对象与信号链
Plane 的控制回路可以概括为：遥控/任务指令 → 目标姿态与目标高度/空速 → 姿态控制器 → 舵面与油门输出 → 飞机动力学 → 传感器反馈。其中 TECS（Total Energy Control System，总能量控制系统）是 Plane 特有的核心模块，它把油门与俯仰耦合起来，用油门控制总能量、用俯仰控制能量分配，从而同时满足高度与空速需求。下面的信号链图展示了从指令到执行的主要环节与关键参数。
二、方法流程：固定翼飞控工程的推进顺序
固定翼调试不能"跳步"。正确顺序是先让飞机在地面可控，再让它在空中稳定，最后才谈自动航线。建议按以下流程推进：
- 硬件与固件：确认飞控型号、固件版本（如 Plane 4.5.x）、机架类型（常规尾翼/飞翼/V尾），完成加速度计、罗盘、遥控器校准。
- 舵面与混控：检查副翼、升降、方向舵方向正确，设置 SERVO 输出与混控，确保手动模式下舵面响应符合直觉。
- 传感器与 EKF：验证空速管、GPS、气压计数据，观察 EKF 状态是否稳定，避免"地磁异常"导致返航失败。
- 手动试飞与配平：在手动模式完成机械配平，记录配平量，为后续自动模式提供基准。
- 增稳与自动模式：依次验证 FBWA、FBWB、CRUISE、AUTO，逐步放开权限。
- 调参与任务：优化 TECS、L1 航向控制、限幅参数，再执行航点、返航、降落任务。
三、案例场景：一次典型的首次自动航线
假设一架 1.5 米翼展的电动固定翼，飞控为 Pixhawk 6C，固件 Plane 4.5。首次 AUTO 任务前，飞手先在 FBWA 模式确认飞机能稳定直线飞行，再切到 AUTO 执行一个矩形航线。若飞机在转弯时掉高明显，通常不是姿态控制器问题，而是 TECS_SPDWEIGHT 偏小或 LIM_ROLL_CD 限制过紧，导致转弯时能量不足。此时应优先检查空速是否达到 ARSPD_FBW_MIN，再微调 TECS 权重，而不是盲目加大俯仰角。
# 常见检查项（Mission Planner 参数页）
ARSPD_FBW_MIN = 10 # 最小空速 m/s
ARSPD_FBW_MAX = 22 # 最大空速 m/s
TECS_SPDWEIGHT = 1.0 # 速度/高度权重，1.0 偏速度
TECS_PITCH_MAX = 15 # 最大俯仰角
LIM_ROLL_CD = 4500 # 最大横滚限制（厘度）
NAVL1_PERIOD = 20 # 航向跟踪周期
四、误区与复盘：新手最容易踩的坑
| 误区 | 表现 | 正确做法 |
|---|---|---|
| 跳过手动配平直接 AUTO | 自动模式持续偏航或掉高 | 先手动配平，记录 trim 值 |
| 空速管未校准 | TECS 误判能量，油门振荡 | 执行 ARSPD 校准并检查安装位置 |
| 把 Copter 参数习惯套用 | 转弯半径过大或过小 | 理解 Plane 的 L1 与 TECS 逻辑 |
| 忽略电池电压与电流 | 返航途中动力不足 | 设置 FENCE 与低电返航 |
五、整体框架与学习路径
本课程后续将围绕"硬件—固件—传感器—控制—调参—任务—排障"七个层次展开。学习路径建议为：先建立固定翼飞行原理与 Plane 架构的全局认知，再逐层深入传感器校准、舵面混控、TECS 与 L1 调参、任务规划与日志分析。每掌握一层，都应回到实机或 SITL 中验证，形成"理论—仿真—试飞—复盘"的闭环。只有把信号链上的每个环节都打通，才能真正让 ArduPilot Plane 在固定翼平台上稳定、可靠地飞行。