泽菲罗斯：稳定化与Ondas

陀螺仪到扑翼的桥梁的理想设计：Ondas 呼吸调制、与行程同步的前馈、锁相共振与气动弹性 PID 增益调制——以及对当前固件实际接线情况的诚实地图。

谱系：OrniFlight 与简化的 Ondas

Ondas 并非 PteronautOS 的发明。波调制族——呼吸-停顿节拍控制、冲程形状凶猛度、非对称停留，以及翼载荷与 PID 权限的气动弹性耦合——生存并演化于 OrniFlight 项目中，其 wiki 与模拟器承载了高级算法（包括 servo-efficiency table ）。

PteronautOS 内嵌一个部分简化的实现：同样的数学呼吸几何，缩放至一颗 ESP8285、一个 MPU6050 与最多九个伺服器。OrniFlight 离线模拟连续气动弹性并探索整个包络族，而 PteronautOS 必须在 4 ms 节拍内、在 80 MHz 内核上、与 ExpressLRS 无线栈共享同一硅片作出决策。本文中的每个增益都存在于两个项目中；下面的固件常量是机载子集。

信号链路——从泽菲罗斯到 Ornithopter

从陀螺仪到扑翼的桥梁被刻意做短——四个文件、无动态分配、无队列：

MPU6050 raw (I2C, 1 kHz register reads)
  ▼
Zephyrus::update()            Mahony AHRS → roll°, pitch°, yawRate °/s
  ▼                            dual PID: roll→0°, pitch→0°, yawRate→0°/s
4 raw pitch terms exposed      pitchPTerm · pitchITerm · pitchDTerm · pitchErrorRate
  ▼
ZephyrusFilter.h (250 Hz)      copies terms onto ornithopter.gyroPitch*
  ▼
Ornithopter::_computeServoMixer() / _computeGearboxMixer()
  ▼   Ondas P → phase · PD → dwell · I → asymmetry · SSFF → next stroke
_f[]  →  funcMap → wing / crest-rudder / tail servos (µs)

四个原始项在俯仰 PID 计算出修正后立即写入 Zephyrus::update()：

pitchPTerm     = ZEPHYR_PID_PITCH_KP * pitchErr;                 // raw proportional
pitchITerm     = _pidPitch.integrator;                           // accumulated error
pitchDTerm     = ZEPHYR_PID_PITCH_KD * _pidPitch.lastDerivative; // low-pass filtered D
pitchErrorRate = _pidPitch.lastDerivative;                       // °/s, for SSFF

四者均受 NaN 陷阱保护（任一输入为 NaN 即全部清零），使损坏的 I²C 帧永远无法到达混控算术。Ornithopter 上的七个字段接收桥接数据：

字段	Zephyrus 源	消费方
`gyroPitchPTerm`	`pitchPTerm`	Ondas P → 相位提前（节拍通道）
`gyroPitchITerm`	`pitchITerm`	Ondas I → 冲程非对称（平衡通道）
`gyroPitchDTerm`	`pitchDTerm`	Ondas D → 停留比（凶猛度通道）
`gyroPitchErrorRate`	`pitchErrorRate`	SSFF 半冲程累积
`gyroRudderCorrection`	`rudderCorrection`	冠舵 µs 偏移（伺服与变速箱内核）
`gyroAileronCorrection`	`rollCorrection` × gearbox gain	变速箱：横滚 PID → V 尾副翼面
`gyroElevatorCorrection`	`pitchCorrection` × gain × `aeroGainScale`	变速箱：俯仰 PID → 升降副翼/升降舵面

Ondas 调制——三通道呼吸

Ondas（葡萄牙语“波”）是一个三通道呼吸系统，将俯仰 PID 的原始 P、I、D 项映射到扑翼波形的三个正交维度。它是一个本体感受回路：陀螺仪对俯仰的感知直接塑造机翼运动，而机翼运动又改变陀螺仪感知到的俯仰。

节拍 — P → 相位提前

正俯仰误差（机头上仰）使振荡器相位提前，缩短当前半冲程；负误差使其延迟。理想定律缩放振荡器弹簧：

_osc.kGainMod = 1.0f + gyroPitchPTerm * aeroGainScale * cadenceGain * 0.00005f;
// clamped to [0.5, 2.0] — phase can at most double or halve

振荡器的 advance() 将其消费为 error = kGain · kGainMod · cadenceTarget − kDamp · cadence。调校范围 0–100，默认 20。

凶猛度 — PD 混合进入停留

P 与 D 项被混合为单一凶猛度信号，使波形的停留锐化或柔化：

ferocitySignal = (gyroPitchPTerm * ferocityPGain * 0.00015f
                 + gyroPitchDTerm * ferocityDGain * 0.0003f) * aeroGainScale;
// clamped to [-0.5, 0.5], added to both stroke and return ferocity

当 ferocityPGain = 0（默认）时行为为纯 D——快速俯仰变化产生更锐利的冲程，而稳定飞行保持正弦。

平衡 — I 进入非对称

积分项移动冲程中心：持续的机头上仰偏置强化下冲程，持续的机头下俯偏置强化上冲程。

float iBias = gyroPitchITerm * aeroGainScale * balanceGain * 0.0001f;
// clamped to [-3.0, 3.0]; added to strokeFer, subtracted from returnFer

平衡在设高时是最不稳定的通道——理想调校指南保持其低值（5–15）并最后加入。凶猛度应用结合飞行员指令、Ondas 与 SSFF 偏置，在完整 [1.0, 8.0] 窗口内保持飞行员的权限：

strokeFer = pilot(stroke) + ferocitySignal + iBias + _ssffFerocityUpBias
returnFer = pilot(return) + ferocitySignal − iBias + _ssffFerocityDownBias

波形整形与 PD 混合

波形本身遵循 OrniFlight 冲程族：每半程使用各自的凶猛度，共享反转阈值保持左右机翼同相，而按配置文件的形状混合持续将平坦的停留/平台冲程转化为圆润的金字塔路径。下方的交互式探索器为任意下/上凶猛度对渲染指令几何——即混控器每个节拍所请求的同一条曲线。

力度同时控制半行程的特性与时机。内部上，WebUI 的 0–100 设置映射到 0–8。下行程力度越高，下行程在周期中的占比越短；回程力度越高，回程占比越短。剩余时间转移到另一半 — 零点处没有停顿。

每个配置文件的力度形状控件选择高力度特性。0% 时偏向有限平台/方形；100% 时偏向圆角金字塔路径。每一半仍使用自己的力度，因此低力度的一半保持拉长且正弦，而高力度的一半趋近于直接的对角线穿越。

下行程与回程偏移（±100）沿各自起止轴移动每个半行程的中心——与力度相同的逐半镜像。正值为前移：机翼更早达到峰值速度，增强推力。负值为后移：行程在末端消耗运动，减弱推力。该变形单调且保持端点，因此恰为不对称的方波↔三角波混合，绝非位置跳变。

油门推力形态耦合通过一个旋钮融合冲程驻留与前-后中心。全油门时冲程方形化，且两个半冲程前移——下降与上升的峰值速度都更早到来。怠速时两者保持中性。单一的攻击性标量共同驱动驻留与中心，使两翼与两个半冲程同步运动——是推力控制，而非滚转或俯仰。

副翼→skew 耦合前载一翼而延迟另一翼——在 skew 轴上的滚转力矩，是油门 skew 的镜像孪生。杆向左给左翼加 skew 并从右翼减去；向右则相反。可与方向舵幅度差动并用或替代之。

Slew 是对摇杆速率的瞬时加速或制动。给油会短暂 front-load 两个半冲程，收油会短暂 late-load 两个半冲程；低通滤波后的速率（τ = 0.10 s）注入冲击，摇杆回中后衰减。两种耦合：油门速率 slew（对称、推力）与副翼速率 slew（差动、横滚）。

Zephyrus 的 slew gain 将同样的瞬态思想用于方向舵：姿态快速变化时短暂增强方向舵修正（µs），低通滤波（τ = 0.12 s）并硬限幅 ±80 µs。它在不提高静态增益的情况下锐化对快速姿态变化的响应。

控制轴矩阵

方向舵摇杆在机翼混合器中没有任何偏航权限：其差动旋钮（振幅与凶猛度）产生与副翼偏移相同的左/右不对称——而这种不对称就是滚转。真正的偏航只存在于自主头冠舵（Zephyrus，仅陀螺仪）中。

控制输入	波形参数	飞行效果
副翼摇杆	偏移 (`skew`) — 差动，左/右	滚转
方向舵摇杆	`振幅` + `凶猛度` — 差动，左/右	滚转
偏航 — Zephyrus 陀螺仪	头冠舵	偏航（自主）

下行程力度 8.0

回程力度 0.0 形状混合 100% 下行程偏移 0 回程偏移 0

飞行操纵与 slew

油门 100% 副翼 0 推力形态混合 0% 推力指数 0 副翼→skew 混合 0% Slew（速率） 0

整个周期

当前波形精确直接参考反转左翼右翼

每一半拉伸至等宽

下行程一半回程一半，方向对齐精确对角线左翼右翼

解读极端组合

7 / 1 组合明显产生短而尖的下行程和长的正弦回程。精确值和近最大值需要谨慎：当前时长法则使用力度 8 以下的剩余量。因此，8 / 0 仅将周期约 0.125% 分配给下行程，而即使 8 / 6 也仅分配约 0.5%。位置保持连续，但所需的速度和加速度可能在物理上无法达到。

锚定阻尼 (k₂)

振荡器的阻尼作为可调锚点暴露。基本定律是朝向节拍目标的阻尼弹簧：

kDamp = 10.0f + anchorGain;                  // anchorGain 0 → k₂=10 (tight)
error = kGain * kGainMod * cadenceTarget
      - kDamp * cadence;

当 anchorGain = 0（默认）时阻尼紧绷——快速收敛到指令节拍。更高值在增益 100 时把 k₂ 推向 110，更紧地锁定节奏并抑制扰动。调校范围 0–100。

共振——锁相泵

共振是一个锁相锁定放大器：它将俯仰误差率乘以 sin(振荡器相位) 并累积——在修正最有效时恰好强化冲程，在会与机翼对抗时加以阻尼。

_resonanceAccum += gyroPitchErrorRate * sinf(_osc.phase)
                 * resonanceGain * 0.01f * dt;
_resonanceAccum *= expf(-dt / 0.15f);        // leaky integrator, τ = 0.15 s
clamp(_resonanceAccum, -2.0f, 2.0f);

累积值被注入下一帧的冲程与回复凶猛度。当 resonanceGain = 0（默认）时整条路径禁用。泄漏衰减可防止持续扰动期间的失控累积。

SSFF——与行程同步的前馈

冲程同步前馈在理念上不同于任何 PID 项：它根据陀螺仪在当前半冲程中测得的值来修正下一个半冲程。在扑翼正弦的每个过零点（机翼反转），已完成半冲程的平均俯仰误差率成为对面半程凶猛度的偏置。

// zero-cross detected: finished one half-stroke, starting the next
meanError = _ssffAccumError / count;
bias      = meanError * ssffGain * 0.00001f;   // clamped ±2.0
// upstroke just ended        → bias feeds the downstroke (power stroke)
// downstroke just ended      → bias feeds the upstroke (recovery)

上偏置施加于下冲程（修正上一上冲程累积的误差）；下偏置施加于上冲程。当 ssffGain 降为零时偏置被显式清除，因此 WebUI 禁用绝不会在波形中留下陈旧值。累加器为 32 位并每半冲程复位——在 250 Hz 下需约 24 天连续扑翼才会溢出，这并非实际担忧。

气动弹性 PID 增益调制

所有 Ondas 与 SSFF 调制都由一个知道扑翼机处于扑翼还是滑翔状态的系数缩放——气动弹性增益调制。在伺服（波形）内核中，选择器是带 50 µs 滞回的扑翼闸门：

aeroGainScale = isFlapping ? (aeroFlapCoeff  * 0.01f)
                           : (aeroGlideCoeff * 0.01f);

在变速箱内核中，选择器是电机状态（armed && throttleNorm > 0.1f）。默认值：

系数	默认	范围	生效时
`aeroGlideCoeff`	40	0–100	机翼静止——滑翔，或变速箱电机关闭
`aeroFlapCoeff`	40	0–100	机翼扑动——或变速箱电机运转

缩放至 0–1 使 0–100 滑块成为陀螺仪对机翼的权限：100 时陀螺仪完全掌控调制，0 时关闭。按内核划分的权限：

权限	伺服（波形）内核	变速箱内核
冠舵	横滚 + 偏航结合	仅偏航（横滚/俯仰去往腿）
机翼波形	完整 Ondas / SSFF 呼吸调制	—
腿副翼（V 尾）	—	横滚 PID → 升降副翼混合的副翼侧
腿升降副翼/升降舵	—	俯仰 PID × `aeroGainScale` → 升降舵侧

变速箱 PID 修正在混合前钳制于 ±250 µs（ZEPHYR_GEARBOX_CLAMP_US）；冠舵路径钳制于 ±200 µs。一帧延迟是固有的：aeroGainScale 在变速箱混控器中计算，但由下一个zephyrusUpdate() 消费——250 Hz 下 4 ms，对机械伺服器可忽略。

WebUI 面板与配置端点

当构建包含 Zephyrus 时，扑翼机面板显示两个稳定组。Ondas 与 SSFF 滑块（0–100）：节拍 P→相位、凶猛度 D→停留、凶猛度 P→停留、平衡 I→非对称、锚点 k₂、共振、SSFF 增益。气动弹性组：滑翔系数与扑翼系数。所有值通过 POST /pteronautos/config 持久化，并经 GET /pteronautos/state 流回：

{
  "ornithopter": {
    "cadence_gain": 20.0, "ferocity_d_gain": 20.0, "balance_gain": 10.0,
    "ferocity_p_gain": 0.0, "anchor_gain": 0.0, "resonance_gain": 0.0,
    "ssff_gain": 0.0,
    "aero_glide_coeff": 40.0, "aero_flap_coeff": 40.0,
    "aero_gain_scale": 0.4
  }
}

aero_gain_scale 为计算所得且只读。POST 接受部分更新并在服务器端将每个字段钳制到 [0, 100]。

调参指南

理想的飞行测试序列——每一步是一次飞行，而非拖动滑块：

将所有增益归零。仅手动飞行；在陀螺仪获得投票权之前，机架必须稳定且可预测。
启用 Zephyrus 的冠舵（横滚+偏航 PID）。在触碰波形之前，验证方向舵能抵抗轻微晃翼。
节拍（P→相位）从 10 起向上。过高 = 机翼抖动、相位搜索；过低 = 无效。合适 = 机翼感觉与俯仰“相连”。
凶猛度 D（D→停留）从 10 起。过高 = 波形在锐利与柔和间振荡；合适 = 快速俯仰变化锐化冲程，稳定飞行保持正弦。
凶猛度 P（可选）从 5 起——将 P 权限混入停留。
平衡（I→非对称）最后、低值。这是最不稳定的通道；仅 5–15。它对抗持续漂移，而从不针对瞬时颠簸。
SSFF 从 5 起，仅在节拍与凶猛度稳定之后。过高 = 过度修正与半冲程颤振；合适 = 俯仰振荡幅度的可见阻尼。
气动弹性系数最后。先调滑翔（机翼静止），再调扑翼。让陀螺仪做一个权威的副驾驶，而非紧张的飞行员。

实现状态与未解决的不一致

如实地图，当前固件（Ornithopter.cpp @ 72c63020）。上文的理想定律是设计；代码包含完整的参数面、常量、WebUI 滑块与桥接垫片——但一个飞行测试脚手架块目前将大部分陀螺仪与伺服内核断开：

// Ornithopter.cpp:269-275  (inside the flapping branch)
#ifdef ZEPHYRUS_ENABLED
    // STEP 7: ALL gyro values hard-zeroed (NaN guard test)
    _osc.kGainMod = 1.0f;              // cadence channel OFF
    gyroRudderCorrection  = 0.0f;      // crest rudder OFF while flapping
    gyroAileronCorrection = 0.0f;
    gyroElevatorCorrection= 0.0f;
#endif

该块作为“STEP 7”NaN 守卫测试随 i18n 工作一起提交且从未回滚，意味着如今的伺服内核行为为：

节拍、凶猛度-PD、平衡、共振、SSFF——均以参数形式存在于桥接中，但其消费点（kGainMod、ferocitySignal、iBias、resonanceBias）被钉为零或每帧复位（Ornithopter.cpp:282–284、311–313、354）。
冠舵稳定在扑翼分支内部被清零，因此方向舵修正目前仅在滑翔分支中生效——与飞行所需相反（大多数扰动在扑翼中途到来）。
变速箱内核是活着的例外。它读取 gyroAileronCorrection / gyroElevatorCorrection / gyroRudderCorrection 并带钳制应用它们（第 436–451 行）——STEP-7 清零块只存在于伺服内核。

这不是对数学的批评——而是一个已知、已命名的状态：稳定模块已编译、已参数化、已桥接，正等待移除 STEP-7 脚手架并替换为真正的 NaN 策略（Validatio 守卫已为 MPU 数据提供干净路径）。在此之前，请将上文的 Ondas/SSFF/共振调校指南视为可飞行的规范，已对照 Zephyrus.cpp:729–737 与 OrnithopterWaveform.h 验证，但尚未升空。

权威设计记录仍是 STABILIZATION.md ；其姊妹项目 OrniFlight 承载着持续推进的 ONDAS 研究。

泽菲罗斯：稳定化与Ondas

谱系：OrniFlight 与简化的 Ondas

信号链路——从 泽菲罗斯 到 Ornithopter

Ondas 调制——三通道呼吸

节拍 — P → 相位提前

凶猛度 — PD 混合进入停留

平衡 — I 进入非对称

波形整形与 PD 混合

控制轴矩阵

飞行操纵与 slew

整个周期

每一半拉伸至等宽

解读极端组合

锚定阻尼 (k₂)

共振——锁相泵

SSFF——与行程同步的前馈

气动弹性 PID 增益调制

WebUI 面板与配置端点

调参指南

实现状态与未解决的不一致

信号链路——从泽菲罗斯到 Ornithopter