**无人机水平方向四环串级控制，竖直方向三环串级控制

这篇文章总结了
《多旋翼飞行器设计与控制》北航全权

《多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南》林庆峰

《多旋翼无人机技术基础》符长青

《四旋翼无人飞行器设计》冯新宇

《多旋翼无人机设计》陈阳

《基于视觉导航的无人机位姿控制与自主返航技术》上海交通大学硕士论文

王龙学长博客

正点原子无人机

无名飞控

匿名飞控

pixhawk飞控

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只讲了姿态环，也就是角度+角速度串级

《四轴飞行器DIY基于STM32微控制器》（只有姿态环）

《四旋翼飞行器快速上手》（只有姿态环）

《空心杯四旋翼飞行器设计与应用》

crazepony无人机

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有的无人机书是基本没讲或者根本没讲控制算法这一块，或就说下PID

《四旋翼飞行器设计与实现》王瑞

《四旋翼无人机的制作与飞行》戴凤智（完全就是讲硬件组装）

《无人机组装与调试》航空工业出版社

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首先我是看无名的无人机是四环串级控制，现在发现无名的飞控算法并非自己独创啥的，是大家公认或者通用的控制算法。

2020.10.13，我刚刚看了余义的一个ADRC的论坛演讲视频，发现他自己也说没弄清楚为什么高度环里有加速度环，他也在思考为什么，只是看到大家都是这么弄的。

https://v.youku.com/v_show/id_XMzMyOTMwNTMwOA==.html?spm=a2hzp.8253869.0.0

现在再让我写无人机项目的介绍我就敢写四环串级，三环串级了对吧，之前你不敢写，因为是什么创新的东西，其实不是的，通用的方法。

还有你之前整理过，串级PID，内环大多是外环的微分，在无人机上不管是水平位置的四环串级还是竖直位置的三环串级都是这样的。

水平位置，位置的微分是速度，速度的微分是加速度，而加速度和角度在小范围内可以看作线性关系，角度的微分是角速度！！！！！！这样解释就感觉很美了，不会感到乱。这样去理解串级PID就好理解些，不然你可能折腾不清楚为什么外环的输出是内环的输入，内环的期望，物理意义上不好理解。这样再让你去跟别人讲串级PID，讲无人机的控制算法，为什么这样设计，你也能够讲得清楚了。

后来我分析正点原子的飞控源码发现正点原子也是四环串级控制

见我的这篇博文：

https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/106325836

刚刚我看《多旋翼无人机技术基础》这本书，发现这本书里面讲的也是四环串级控制，都是位置环+速度环+角度环+角速度环

《多旋翼飞行器设计与控制》这本书里面也说了姿态控制器和位置控制器。

王龙学长写的无人机水平位置控制也是用的这种四环串级

https://blog.csdn.net/wkdwl/article/details/52203099

《四旋翼无人飞行器设计》这本书则好像就是水平位置采用三环串级，少了一个速度环。

《多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南》这里面也是说的四环！！看我划线地部分，它的第五环PWM的转速似乎我见到的一般是开环，北航的那本无人机书上也说了这个转速上面有开环和闭环两种方式的，大多数飞控的电机控制用的开环！我也拍照放上来了。所以下面所说的第五环是可以没有的，所以实际还是四环串级控制！

（复制，为了让你清楚为什么会有下面这张图片，为了说明上面那张图片中的第五环是可以没用的，所以实际也是四环串级控制！）《多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南》这里面也是说的四环！！看我划线地部分，它的第五环PWM的转速似乎我见到的一般是开环，北航的那本无人机书上也说了这个转速上面有开环和闭环两种方式的，大多数飞控的电机控制用的开环！我也拍照放上来了。

这篇15年的上海交通大学的无人机的硕士论文里也是的，他还特地在论文招要里说引入速度控制器。

下面这个好像是他论文之前的控制框图，没有速度环，后面说他引入速度环，更好地控制。

《四旋翼无人飞行器设计》这本书用的是三环串级，少了个速度环，我尽可能把每本无人机地书地控制方案放上来，有的简单点地无人机书甚至就只写角度环和角速度环串级，也就是姿态环，讲道理它这样写也没什么毛病，单纯姿态环应该确实够让无人机平稳飞起来了（《多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南》第90面有讲，上面也有照片），只是我们要光流定点悬停，所以加速度环，光流反馈的速度，我们要循迹或者甚至SLAM，加上位置环（可参见我的另一篇博文https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/106745199 ，其实大多数基本上是四环串级，它这三环串级也不难理解，你没有速度环，有位置环也可以实现定点悬停啊，只不过不用光流罢了，可以直接借助于GPS或者其他传感器嘛，而且有位置环就可以实现循迹等等了，没有速度环这些确实也可以实现的，只是有速度环可能控制得更稳一些，移动得更稳一些，我的而理解，而且上一个硕士论文最开始给的也是少了速度环的三环串级，然后他加上了速度环变为四环串级，认为这样更好，可以更加精确地控制无人机的状态。所以这么来看这些无人机书写的都没毛病，只是我们从最好的角度考虑，水平用四环串级，你单用姿态环也确实就可以飞起来了，而且我前几天买了个小型无人机，99元，我还挺开心的，结果买来发现根本不能定点悬停，敢情就是让你一直用遥控器操控，用人肉PID，或者当穿越机玩？可能就是给小孩子当玩具的，用遥控器操控着玩，这种无人机搞不好真的就只有姿态环。所以我们理解得更深入之后，对无人机的控制框架就不会拘泥于表面，死记一些结论比如别人说是四环串级就死记四环串级，实际确实是可以根据自己的需要灵活改动的，进行增添，理解了一些本质之后，就可以自己灵活改动增删，甚至改进，这种感觉才不错。

《多旋翼无人机设计》，这本书虽然控制讲得不多但是也可以看出外环位置环，位置环包含了位置和速度，内环姿态环，姿态环虽然它没写包含什么，但是你看其他书大家姿态环都是统一用的角度+角速度（不管是五环的四环的还是三环的还是两环的），这个目前为止无一例外，我想这本书应该是角度+角速度，所以这本书的控制算法实质也应该是水平四环串级控制。

单纯写无人机串级PID就写两个环也就是姿态环的书有《四轴飞行器DIY基于STM32微控制器》《四旋翼飞行器快速上手》

《空心杯四旋翼飞行器设计与应用》 crazepony无人机

crazepony无人机可以看我的这篇博文：https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/107040745

可能是因为crazypony没有光流模块，更没有去上面循迹跟踪啥的，所以没有速度环和位置环，它自己也在文档你承认了不能在水平方向上悬停。

crazepony无人机也有塔自己写的一本pdf电子书讲它的原理。上面那篇博文也是截图于里面。

正点原子的无人机也是用的水平四环串级控制

见我的这篇博文：

https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/106325836

匿名无人机水平是速度环+角度环+角速度环三环串级控制，其实之前也总结过单纯考速度环就可以实现光流定点悬停了。

匿名具体的可见我这篇博文：https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/106977933

pixhawk似乎也是用的四环串级

可见我这篇博文：https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/106974545

https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/106973618

阿木社区的pixhawk的课里

https://bbs.amovlab.com/plugin.php?id=zhanmishu_video:video&mod=video&cid=1&vid=42

上面可以确定Pixhawk由位置外环和姿态内环组成，姿态内环包括角度环和角速度环（上面那篇博文有讲），位置外环包括了位置环和速度环（阿木社区课程截图里有）。

我现在有点怀疑无名就是模仿Pixhawk的。或者说大家都是模仿Pixhawk的。

这是真实的PX4的控制体系。

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竖直高度上无名采用的是竖直位置+竖直速度+竖直加速度三环串级控制

我刚刚看《多旋翼无人机技术基础》发现他们的竖直位置环也是采用的这种三环串级控制！！！！！！！看来大家都是差不多的，不是无名独创的！

王龙学长写的无人机定高也是采用的这种三环串级控制

https://blog.csdn.net/wkdwl/article/details/51771031

匿名的竖直是高度环+高度速度环

匿名具体的可见我这篇博文：https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/106977933

crazepony是高度环加+高度速度环

具体可见我这篇博文：https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/107040745

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本身我们也可以看到在《多旋翼飞行器设计与控制》和《多旋翼无人机技术基础》这两本书里面都出现了无人机的控制框图，里面都是有位置控制器和姿态控制器。pixhawk的控制框图也是分为位置控制和姿态控制

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