各位朋友，我们工作室以后会长期更新一些飞行器干货，本部分先介绍四旋翼的整体控制方案及相关设计
控制系统的框架如下，借鉴网上来源图片，
传感器主要是姿态传感器，对于大四轴而言，包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计，飞行器的主观三维主要依靠这9轴姿态信息进行姿态解算融合得到四元数和欧拉角，传感器采集的信息作为当前姿态，目标姿态由遥控器的通道信息决定，二者偏差作为PID的输入控制，姿态控制通过串级PID，外环角度环，内环进入角速度环，整定内环和外环PID之后输出加到姿态控制上，以此完成了飞行器的最基本控制飞行。
单环PID：
改为串级PID：
控制算法：
首先，为了让四轴平稳的悬停或飞行在半空中，四个电机必须提供准确的力矩->假设力矩与电机PWM输出呈线性关系，也就是必须提供准确的4路PWM->4路PWM由遥控器输入(期望角度)、PID算法及其参数和姿态解算输出(当前角度)组成，假设遥控器输入不变(类似脱控)、PID算法及其参数也较为准确(PID参数无需十分精确，但只要在某个合理的范围内，控制品质差不了多
少)，也就是姿态解算的输出必须是十分准确的，可以真实反应飞行器的实际角度->姿态解算的结果由加速度计和陀螺仪给出，根据前述惯性导航的描述，加速度计补偿陀螺仪，因此要得到精确的姿态解算结果，务必要求加速度输出精确的重力加速度g->这里仅讨论悬停飞行，因此忽略掉额外的线性加速度(事实证明，在四轴强机动飞行过程中，线性加速度必须要考虑并消除)，假设加速度计输出重力加速度g，这个重力加速度g必须十分“精确”
在控制之前需要得到飞行器的姿态，姿态就需要进行算法，目前常见的有AHRS、IMU还有姿态传感器直接输出的DMP，这里以IMU为例，涉及的硬件部分包括：
MPU6050和电子罗盘或者磁力计作用作为姿态传感器作用：
加速度计和磁力计共同可以计算得三轴姿态角即三轴角度
陀螺仪误差积分得到偏航角，偏航角通过磁力计进行地磁补偿
数据融合：
陀螺仪会发生漂移，磁力计的输出值稳定补偿和矫正陀螺仪的漂移。
部分IMU姿态解算程序如下:
norm = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);
ax = ax /norm;
ay = ay / norm;
az = az / norm;
// estimated direction of gravity and flux (v and w)
vx = 2*(q1q3 - q0q2);
vy = 2*(q0q1 + q2q3);
vz = q0q0 - q1q1 - q2q2 + q3q3 ;
// error is sum of cross product between reference direction of fields and direction measured by sensors
ex = (ay*vz - az*vy) * Accel_magnitude;
ey = (az*vx - ax*vz) * Accel_magnitude;
ez = (ax*vy - ay*vx) * Accel_magnitude;
exInt = exInt + ex * Ki;
eyInt = eyInt + ey * Ki;
ezInt = ezInt + ez * Ki;
// adjusted gyroscope measurements
gx = gx + Kp*ex + exInt;
gy = gy + Kp*ey + eyInt;
gz = gz + Kp*ez + ezInt;
q0 = q0 + (-q1*gx - q2*gy - q3*gz)*HalfT;
q1 = q1 + (q0*gx + q2*gz - q3*gy)*HalfT;
q2 = q2 + (q0*gy - q1*gz + q3*gx)*HalfT;
q3 = q3 + (q0*gz + q1*gy - q2*gx)*HalfT;
// normalise quaternion
norm = sqrt(q0*q0 + q1*q1 + q2*q2 + q3*q3);
q0 = q0 / norm;
q1 = q1 / norm;
q2 = q2 / norm;
q3 = q3 / norm;
Roll = -atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1);
Pitch = -asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2);
Q_ANGLE.Z = GYRO_I.Z;//atan2(2 * q1 * q2 + 2 * q0 * q3, -2 * q2*q2 - 2 * q3* q3 + 1)* 57.3; // yaw
Q_ANGLE.Y = Pitch * 57.29578 - AngleOffset_Pit;
Q_ANGLE.X = Roll * 57.29578 - AngleOffset_Rol;