四旋翼无人机的飞行控制技术是无人机研究的重点之一。它使用直接力矩, 实现六自由度(位置与姿态)控制，具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性。此外, 由于飞行过程中,微型飞行器同时受到多种物理效应的作用,还很容易受到气流等外部环境的干扰,模型准确性和传感器精度也将对控制器性能产生影响，这些都使得飞行控制系统的设计变得非常困难。而作为微型飞行平台自主导航的基础—姿态稳定控制(内回路控制) ,其控制结果对微型飞行平台飞行特性的影响至关重要，因此姿态控制是整个飞行控制的关键。

无人机组成硬件架构：

无人机组成软件流程：

飞行控制系统飞行模式：

Pixhawk1常见飞行模式

 1.Stabilize(自稳模式)：最基本的飞行模式；

 2.Acro       (特技模式)：仅基于速率控制的模式；

 3.AltHold  (定高模式)：P-GPS模式下；

 4.Guided   (指导模式)：地面站与无人机进行通信；

 5.TRL          (返航模式)：通过GPS定位实现返航；

 6.Circle      (绕圈模式)：当前位置为圆心，机头指向圆心；

 7.Drift        (漂移模式)：控制Yaw和Pitch，Roll自动驾驶；

 8.Sport       (运动模式)：速率控制的自稳+定高模式；

 9.Land        (自动降落)：锁定飞行器，垂直下降；

10.Follow me(跟随模式)：飞行器跟随操作者移动；

创新模式：八字飞行模式；

飞行控制系统姿态算法：

航拍系统云台模式:

航拍系统图像处理:

创新型研发自主控制：

实现无人机的自主飞行控制，有几个关键问题：

1.如何进行飞行中任务、航迹的自主快速规划与重规划；

2.采用什么形式的控制结构体系；

3.如何实现自主条件下的安全着陆。

不确定环境中的快速规划与重规划是自主性要求的本质，是一个面对不确定性和实时性挑战的复杂大规模决策优化问题；控制结构体系的选取则关系到整个系统能否高速、有效地运作；而飞机的起飞着陆阶段，尤其是着陆时最易发生事故。

根据以上分析，所以无人机的自主飞行控制的研究主要集中在以下3个方面：

1.飞行中规划与重规划；

 2.分层控制结构；

3.自主着陆。

基于目前国内外无人机自主控制的研究，主要有以下几点挑战，这也是本次项目研究的可循创新点所在：

1.如何生成基于实时信息，分层分段分区域多方法融合的实时任务规划策略，以及在受限条件下实施航迹的精确跟踪技术，使其对环境和任务的变化具有快速的反应能力，在面对不确定性和遇到突发事故时能实时作出有效的决策和机动；

2.结合系统的问题描述，如何开发适合飞行控制系统的智能分层递阶控制基本结构模式，以满足自主无人机任务的特殊需求，使其能够在不确定的环境下，自主地实现导航、制导与控制；

3.如何在自主条件下对无人机进场着陆时进行精确定位，使其安全着陆；

4.如何在复杂未知环境下自主地对任务环境进行建模，包括环境的不确定表示、三维环境特征的提取、目标的辨识与识别、姿态评估等；

5.故障诊断与容错控制、知识表达、机器学习等等。

创新型研发协作控制：

无人机设计目标是在满足性能要求的同时，实现结构紧凑、重量轻、强度高、稳定性好等特性。设计过程中需要综合考虑气动、结构、材料、工艺等多方面因素，并进行反复试验和优化，以确保最终产品的性能和质量。

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