四旋翼最常用的控制器是串級PID，很多學生接觸單片機后，都會開始做四旋翼，調(diào)節(jié)PID參數(shù)是一個重要的過程。對于完全沒有經(jīng)驗的小白，根本不知道PID參數(shù)大致范圍是多少，數(shù)量級都難以把握。而且，他們也往往難以理解PID的工作原理，為什么要使用串級PID？導致這一現(xiàn)象的根本原因在于對四旋翼原理的不了解。

要認識四旋翼，就必須從建模開始。然而，四旋翼的建模也有很多難點，例如如下的六自由度剛體模型，很對初學者也往往難以理解每個公式的含義。

除了六自由度剛體模型，還有動力單元模型，里面會涉及力矩計算，這部分內(nèi)容理工科也往往并不涉及，導致理解困難。本課程解決的第一個問題就是建模問題，學完這門課程，能夠看懂四旋翼模型，明白從電機油門與力矩與合升力的關系、力矩與合升力作用下無人機的運動。這個模型也是廣泛出現(xiàn)在論文中，學習完課程后看論文中四旋翼建模將變得容易。

除了建模外，四旋翼中的第二個難點在于姿態(tài)表示，歐拉角、四元數(shù)、旋轉(zhuǎn)矩陣。姿態(tài)表示在建模、控制、導航與規(guī)劃等領域都十分重要。里面也有許多抽象的概念，如果自己學習，往往需要花費很長時間才能理解它們之間的內(nèi)在關系。本課程會講解姿態(tài)表示的相關知識，讓學員快速掌握，而且能夠運用。例如歐拉角的課件如下，一步步分解講解，幫助大家理解歐拉角連續(xù)旋轉(zhuǎn)的含義。

最后，本課程還講解PID控制器，學完課程有助于學員深刻理解PID原理，明白為什么角速度環(huán)、速度環(huán)要用PID，而姿態(tài)環(huán)與位置環(huán)往往只用P？本課程的PID控制器分兩種: 一種是基于歐拉角，這種方式簡單直觀，另一種方式是基于四元數(shù)，這也是開源飛控PX4采用的方案。兩種方案都經(jīng)歷了長久的實踐檢驗，這將很利于學員在實物平臺中設計控制器。PX4所使用的四元數(shù)姿態(tài)控制也并不容易理解，課程專門增加圖像，如下圖所示，方便學員理解。

學完課程，學員能夠收獲四旋翼建模、姿態(tài)表示、PID控制器、軌跡跟蹤等知識，為進一步理論學習與實踐打下堅實基礎。此外，還能收獲一套完整的四旋翼仿真平臺，方便后面設計新的控制提供輔助。課程整體模塊及GUI界面如下圖所示。