跨界 · 融合 · 服務 · 創新
但是在飛行過程中卻有六個自由度輸出，因此它是一種典型的欠驅動、強耦合的非線性系統。
例如，旋翼1的轉速會導致無人機向左翻滾，同時逆時針轉動的力矩會大于順時針的力矩，從而進一步使得無人機向左偏航，此外翻滾又會導致無人機的向左平移，可以看出，四旋翼無人機的姿態和平動是耦合的。
四旋翼無人機自主飛行的控制
四旋翼無人機的精確航跡跟蹤是實現無人機自主飛行的基本要求。由于四旋翼無人機自身存在姿態與平動的耦合關系以及模型參數不確定性與外界擾動，因此只有實現姿態的穩定控制才能完成航跡的有效跟蹤。
在四旋翼無人機的自主控制系統中，姿態穩定控制是實現飛行器自主飛行的基礎。其任務是控制四旋翼無人機的三個姿態角（俯仰角、滾轉角、偏航角）穩定地跟蹤期望姿態信號，并保證閉環姿態系統具有期望的動態特性。
由于四旋翼無人機姿態與平動的耦合特點，分析可以得知，只有保證姿態達到穩定控制，才使得旋翼總升力在期望的方向上產生分量，進而控制飛行器沿期望的航跡方向飛行。
而四旋翼無人機的姿態在實際飛行環境中回受到外界干擾和不精確模型的參數誤差、測量噪聲等未建模動態對控制效果的影響。所以，需要引入適當的觀測器和控制器對總的不確定性進行估計和補償，并對其估計的誤差進行補償，來保證四旋翼無人機在外界存在干擾下對姿態的有效跟蹤。
四旋翼無人機的姿態控制應根據其實際的工作特性以及動力學模型，進而針對姿態的三個通道（俯仰，翻滾和偏航）分別設計姿態控制器，每個通道中都對應引入相應的控制器，其流程如下所示。
此方法可以基本保證每個通道的實際姿態值跟蹤上期望值。
但是，在只考慮對模型本身進行控制時，沒有考慮到外部不確定性對閉環系統的影響。微小型無人機在飛行時，由于機體較小，電機的振動較強，很容易受到外界環境的干擾。因此，整個通道中必然存在不確定因素，比如模型誤差、環境干擾、觀測誤差等，這些不確定性將降低系統的閉環性能。
所以在設計無人機控制系統時，必須要考慮系統的抗干擾性能，即閉環系統的魯棒性。因此需要設計一定的干擾補償器對干擾進行逼近和補償，以實現姿態角的穩定跟蹤。
只有在保證飛機姿態可以保持穩定才能進一步討論如何控制路徑保持穩定，在時間尺度上進行分析，飛機的姿態角變化的頻率要大于飛機位置的頻率。所以，針對軌跡跟蹤應當使用內外雙環控制，內環控制姿態角，外環控制位置。
無人機飛控系統組成及作用
IMU慣性測量單元
現在的飛控內部使用的都是由三軸陀螺儀，三軸加速度計，三軸地磁傳感器和氣壓計組成的一個IMU，也稱慣性測量單元。
那么什么是三軸陀螺儀，什么是三軸加速度計，什么是三軸地磁傳感器呢，什么是氣壓計呢？它們在飛機上起到的是什么作用呢，這三軸又是哪三個軸呢？
三軸陀螺儀，三軸加速度計，三軸地磁傳感器中的三軸指的就是飛機左右，前后垂直方向上下這三個軸，一般都用XYZ來代表。
左右方向在飛機中叫做橫滾，前后方向在飛機中叫做俯仰，垂直方向就是Z軸。
陀螺都知道，小時候基本上都玩過，在不轉動的情況下它很難站在地上，只有轉動起來了，它才會站立在地上，或者說自行車，輪子越大越重的車子就越穩定，轉彎的時候明顯能夠感覺到一股阻力，這就是陀螺效應，根據陀螺效應，聰明的人們發明出的陀螺儀。
最早的陀螺儀是一個高速旋轉的陀螺，通過三個靈活的軸將這個陀螺固定在一個框架中，無論外部框架怎么轉動，中間高速旋轉的陀螺始終保持一個姿態。通過三個軸上的傳感器就能夠計算出外部框架旋轉的度數等數據。
由于成本高，機械結構的復雜，現在都被電子陀螺儀代替，電子陀螺儀的優勢就是成本低，體積小重量輕，只有幾克重，穩定性還有精度都比機械陀螺高。
說道這，大家也就明白陀螺儀在飛控中起到的作用了吧，它就是測量XYZ三個軸的傾角的。
那么三軸加速度計是干什么的呢？剛剛說道三軸陀螺儀就是XYZ三個軸，現在不用說也就明白三軸加速度計也是XYZ三個軸。
當我們開車起步的一瞬間就會感到背后有一股推力，這股推力呢就是加速度，加速度是速度變化量與發生這一變化時間的比值，是描述物體變化快慢的物理量，米每二次方秒，例如一輛車在停止狀態下，它的加速度是0，起步后，從每秒0米到每秒10米，用時10秒，這就是這輛車的加速度，如果車速每秒10米的速度行駛，它的加速度就是0，同樣，用10秒的時間減速，從每秒10米減速到每秒5米，那么它的加速就是負數。三軸加速度計就是測量飛機XYZ三個軸的加速度。
我們日常出行都是根據路標或記憶來尋找自己的面向的，地磁傳感器就是感知地磁的，就是一個電子指南針，它可以讓飛機知道自己的飛行朝向，機頭朝向，找到任務位置和家的位置。
氣壓計呢就是測量當前位置的大氣壓，都知道高度越高，氣壓越低，這就是人到高原之后為什么會有高原反應了，氣壓計是通過測量不同位置的氣壓，計算壓差獲得到當前的高度，這就是整個IMU慣性測量單元，它在飛機中起到的作用就是感知飛機姿態的變化，例如飛機當前是前傾還是左右傾斜，機頭朝向、高度等最基本的姿態數據，那么這些數據在飛控中起到的作用是什么呢？
