当一个电机突然失效，六旋翼如何利用冗余自由度保持飞行？
交互式可视化帮你理清核心思路。
6 个电机等间距 60° 排列，交替 CW/CCW 旋转。点击下方按钮模拟不同桨失效场景。
6 个执行器控制 4 个自由度（T, τϕ, τθ, τψ），拥有 2 个冗余自由度——这正是容错的数学基础。
总升力 \(T\)、滚转力矩 \(\tau_\phi\)、俯仰力矩 \(\tau_\theta\)、偏航力矩 \(\tau_\psi\)，四个通道共同维持姿态与位置。
假设 M1（CW）失效，立即产生三个问题：
最大推力从 \(6F_{\max}\) 降为 \(5F_{\max}\)，悬停油门比从 ≈67% 升至 ≈80%，操控裕度被显著压缩。
失效桨在特定方位的力矩贡献消失，剩余 5 桨不再天然对称，产生持续的力矩偏差。
CW 与 CCW 桨数变为 2:3，反扭矩天然失衡。平衡偏航需要"消耗"额外的推力裕度。
停掉对桨 vs. 保留五桨重构混控——如何选择？
M1 失效 → 主动关闭 M4（对面电机） → 4 桨飞行
CW/CCW 数量恢复 2:2，偏航容易平衡。但最大推力仅剩 \(4F_{\max}\)，悬停需要接近满油门，几乎没有操控余量。构成的"虚拟四旋翼"不是正交对称的，滚转和俯仰耦合严重。
M1 失效 → 保留全部 5 桨 → 在线切换混控矩阵
原始分配矩阵 \(B\)（4×6）删去失效列得到 \(B_5\)（4×5），通过加权伪逆求解 \(u_5 = B_5^\dagger \, v_{\text{cmd}}\)。推荐搭配 Relaxed Yaw 方案——放弃航向锁定，仅控制 \(\phi, \theta, T\)，允许机体缓慢自旋。
策略 B 的偏航处理路线
伪逆分配同时控制 \(\phi, \theta, \psi, T\)。偏航代价大，少数方向的桨需加速，多数方向需减速，推力裕度小，机动时易饱和。
只控制 \(\phi, \theta, T\)，允许 yaw 轴自由旋转。推力和姿态裕度大幅改善，GPS/光流仍可保持位置，安全降落完全可行。
推重比是容错能力的核心约束。拖动滑块查看不同推重比下的裕度。
| 指标 | 6 桨正常 | 5 桨（策略 B） | 4 桨（策略 A） |
|---|---|---|---|
| 总最大推力 | 6Fmax | 5Fmax | 4Fmax |
| 悬停油门比 | 16.7% | 20.0% | 25.0% |
| 机动+偏航余量 | 充裕 | 中等 | 极小 |
从故障检测到安全着陆的完整链路。
监测电调反馈电流/转速，或用观测器估计各桨推力残差，判定失效桨编号。检测延迟目标 <100ms。
预先为每个桨失效场景离线计算好 \(B_i^\dagger\)（6 种情况），故障确认后直接查表切换，无需在线求伪逆。
推重比 ≥ 2 → 可尝试全自由度保持；推重比 1.5~2 → Relaxed Yaw，放弃航向锁定，仅保位置和姿态稳定。
失效后等效惯量和力臂变化，PID/INDI 控制器增益需切换到预设的容错参数组。
执行受控下降或返航降落，GPS/光流保持位置精度。Relaxed Yaw 下机体自旋但位置稳定。
对于大多数六旋翼平台，保留 5 桨 结合 混控矩阵重构 和 Relaxed Yaw 是最优方案——推力利用率最高、学术和工程成熟度最高、安全边际最大。
只有在任务绝对要求航向锁定且推重比足够大（≥ 2.5）时，才考虑停对桨方案。设计阶段就应将整机推重比留到 ≥ 1.8，为容错留足空间。