CN114063626B - 基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其包括构建基于重心偏移量Z₁的无人机非线性六自由度运动学模型，构建基于四旋翼货运无人机负载后重心偏离地面坐标系Z轴时，无人机旋翼升力补偿模型，根据非线性六自由度运动学模型以及升力补偿模型构建控制无人机飞行姿态的多级比例微积分控制器模型，将无人机IMU单元所测量的飞行状态数据输入到所述多级比例微积分控制器模型，实现对四旋翼货运无人机的飞行姿态控制。

Description

基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法

技术领域

本发明涉及无人机飞行姿态控制技术领域，尤其涉及一种基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法。

背景技术

随着无人机技术的不断发展，无人机已经成为各行各业中极为重要的一种作业工具。在货运型无人机领域目前吨位级的无人机一般采用固定翼飞机作为运输载体，虽然这种飞机能够实现大吨位货物的运输，但由于其起降均需要使用到固定跑道，因此其应用场景仍然受到极大的限制。而旋翼型无人机由于其体积小，起降条件要求低，因而更适合于小重量、近距离的物流配送。目前很多的互联网购物平台公司都在积极研制旋翼式的货运无人机，从而以应用于城市内的智能物流配送。

针对旋翼式的货运无人机而言，其货运吊舱一般均设置于无人机机体下方。当旋翼式货运无人机装载了货物之后，其整体的重心必然会偏离初始位置。特别是当旋翼式货运无人机需要进行多个目标点的货物运送时，随着货物的不断被取出，货运无人机的重心也不断发生变化。而且在货物的不断被取出的过程中，货运吊舱中的剩余货物的摆放几乎不可能一直保持使旋翼式货运无人机的重心保持在旋翼式货运无人机空载时重心的正下方。这种重心偏离的状态对旋翼式货运无人机的飞行姿态控制构成极大的障碍。

由此可见，本技术领域中急需一种能够针对旋翼式货运无人机，在其整体重心不断发生变化时，能够根据重心检测的旋翼式货运无人机飞行姿态控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是根据对重心的检测实现对控制旋翼式货运无人机飞行姿态的控制。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，所述方法包括：

步骤S1，构建基于四旋翼货运无人机负载后其重心在地面坐标系Z轴上的重心偏移量Z₁的无人机非线性六自由度运动学模型；所述非线性六自由度运动学模型的构建包括无人机平移运动方程的构建和角运动方程的构建；所述非线性六自由度运动学模型为：

其中，x”、y”、z”为四旋翼货运无人机在地面坐标系中在X、Y、Z轴上的加速度变化率，φ”、θ”、ψ”为四旋翼货运无人机在地面坐标系下的欧拉角角加速度变化率，φ、θ、ψ为四旋翼货运无人机的俯仰角、滚转角和偏航角，m_q为四旋翼货运无人机机体的质量，m_t为所载物的质量，D₁x²、D₂y²、D₃z²为地面坐标系下无人机在三个坐标轴方向上的气流干扰力，g为重力常量，F₁、F₂、F₃、F₄分别为四旋翼无人机四个旋翼所产生的升力，l为四旋翼货运无人机的螺旋桨中心到四旋翼货运无人机空载时重心的长度，Z₁为四旋翼货运无人机装载后重心在Z轴下移的下移量，b为四旋翼无人机的升力参数，d为四旋翼无人机的反扭矩因子，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别对应四旋翼无人机四个旋翼的转速，I_x、I_y、I_z为无人机绕地面坐标系X、Y、Z轴的转动惯量；

步骤S2，构建四旋翼货运无人机负载状态下其重心偏离地面坐标系Z轴时的无人机旋翼升力补偿模型；所述升力补偿模型为：

步骤S3，根据上述非线性六自由度运动学模型以及升力补偿模型构建控制无人机飞行姿态的多级比例微积分控制器模型；所述多级比例微积分控制器模型包括位置控制器、速度控制器、姿态控制器、角速率控制器和升力补偿控制器；其依次串联连接，通过逐级产生控制信号，最后形成产生控制四个旋翼的电压电流信号；

步骤S4，将无人机IMU单元所测量的飞行状态数据输入到所述多级比例微积分控制器模型，实现对四旋翼货运无人机的飞行姿态控制。

在一个实施例中，所述四旋翼货运无人机为十字型四旋翼无人机。

在一个实施例中，所述四旋翼货运无人机在空载状态下无人机重心位于无人机四个旋翼所构成的平面内。

在一个实施例中，所述无人机IMU单元包括三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴磁力传感器。

本发明的另一方面在于提供一种基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制系统，所述控制系统包括运算部和存储部，所述存储部中存储有用于执行如下方法的程序：

步骤S1，构建基于四旋翼货运无人机负载后其重心在地面坐标系Z轴上的重心偏移量Z₁的无人机非线性六自由度运动学模型；所述非线性六自由度运动学模型的构建包括无人机平移运动方程的构建和角运动方程的构建；所述非线性六自由度运动学模型为：

其中，x”、y”、z”为四旋翼货运无人机在地面坐标系中在X、Y、Z轴上的加速度变化率，φ”、θ”、ψ”为四旋翼货运无人机在地面坐标系下的欧拉角角加速度变化率，φ、θ、ψ为四旋翼货运无人机的俯仰角、滚转角和偏航角，m_q为四旋翼货运无人机机体的质量，m_t为所载物的质量，D₁x²、D₂y²、D₃z²为地面坐标系下无人机在三个坐标轴方向上的气流干扰力，g为重力常量，F₁、F₂、F₃、F₄分别为四旋翼无人机四个旋翼所产生的升力，l为四旋翼货运无人机的螺旋桨中心到四旋翼货运无人机空载时重心的长度，Z₁为四旋翼货运无人机装载后重心在Z轴下移的下移量，b为四旋翼无人机的升力参数，d为四旋翼无人机的反扭矩因子，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别对应四旋翼无人机四个旋翼的转速，I_x、I_y、I_z为无人机绕地面坐标系X、Y、Z轴的转动惯量；

步骤S2，构建四旋翼货运无人机负载状态下其重心偏离地面坐标系Z轴时的无人机旋翼升力补偿模型；所述升力补偿模型为：

步骤S3，根据上述非线性六自由度运动学模型以及升力补偿模型构建控制无人机飞行姿态的多级比例微积分控制器模型；所述多级比例微积分控制器模型包括位置控制器、速度控制器、姿态控制器、角速率控制器和升力补偿控制器；其依次串联连接，通过逐级产生控制信号，最后形成产生控制四个旋翼的电压电流信号；

步骤S4，将无人机IMU单元所测量的飞行状态数据输入到所述多级比例微积分控制器模型，实现对四旋翼货运无人机的飞行姿态控制。

在一个实施例中，所述四旋翼货运无人机为十字型四旋翼无人机。

在一个实施例中，所述四旋翼货运无人机在空载状态下无人机重心位于无人机四个旋翼所构成的平面内。

在一个实施例中，所述无人机IMU单元包括三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴磁力传感器。

<本发明所涉及的四旋翼无人机结构及六维度运动方式>

四旋翼无人机根据其旋翼位置的不同一般分为十字型和X型两种，本发明针对的是十字型四旋翼无人机。如图1所示，该四旋翼无人机机身的四周分别对称性的安装有四个直流电机，并且每个电机上都对应有一个旋翼，来为四旋翼无人机提供飞行的动力。其中1号电机为前向运动电机，3号电机为后向运动电机，2号电机和4号电机为左右侧移方向电机。1号电机与3号电机的连线与2号电机与4号电机的连线成正交关系。这四个旋翼的物理结构与参数不仅相同，而且它们都对称性的分布于同一高度平面。在四旋翼无人机的机架交叉位置中并还安装有飞控设备，它们可以用来对四旋翼无人机发出飞行控制指令。通过调节四个电机转速的大小，来改变无人机四个旋翼转速的快慢。当无人机旋翼转速增加时，其总升力也相应的增大；当旋翼转速减小时，总升力减小；而旋翼转速不变的时候，就可以实现控制悬停状态。通过改变旋翼转速，就可以有效地控制四旋翼无人机飞行的位置和姿态。四旋翼无人机有六个自由度，三个平移运动，即分别为前向运动、侧向运动和垂直运动；三个姿态运动，即分别是滚转运动、俯仰运动和偏航运动。图1中无人机的俯仰角、滚转角和偏航角分别由θ、和ψ表示，俯仰角θ、滚转角/>和偏航角ψ即构成无人机的姿态欧拉角。空载状态下的无人机的重心设定为无人机坐标系原点O，无人机的前进方向为x轴，并根据右手法则规定y轴和z

如果增加四旋翼无人机四个电机的转速，即驱动四旋翼无人机旋翼转速同步增大，从而也促使四旋翼无人机垂直上升力也同步增大。那么，四旋翼无人机就能够实现垂直上升运动。当升力大于四旋翼无人机本体及所载物的重力时，此无人机即可实现垂直上升。反之，要使四旋翼无人机垂直下降，则必须同时减小四个电机的转速，使之升力减小，直至小于此无人机本体及所载物的重力，从而致使此无人机垂直下降。若电机转速的变化使得总升力与四旋翼无人机本体及所载物的重力大小相等时，此无人机会处于空中悬停的状态。

四旋翼无人机处于1号电机转速增大，3号电机转速减小，并且2号和4号电机的转速都保持不变的状态时，四旋翼无人机发生以y轴为对称轴的机体翻转运动，即俯仰运动。即1号位旋翼升力增大的情况下，四旋翼无人机的头部一侧出现上偏；3号位旋翼升力减小时，则四旋翼无人机的机身尾部发生下降运动。反之，若在1号电机转速减小，3号电机转速增大的状态下，四旋翼无人机以y轴为对称轴而往另一侧方向进行翻转俯仰，即机头发生下降运动。

当2号电机和4号电机其中有一个增大转速，而另一个减小转速的情况下，同时，若1号与3号电机都保持其转速不变，这时四旋翼无人机就可以实现以x轴为对称轴而向左右两侧进行平稳翻滚。

当1号和3号两个旋翼的转速都加快时；且同时2号和4号旋翼的转速都减慢，则1号和3号旋翼产生的反扭矩超过了2号和4号旋翼产生的反扭矩，则未能被抵消的反扭矩就会促使四旋翼无人机的机体往扭矩方向转动，也就实现了整个机体的偏航运动，如图2-3中所示的绕z轴的顺时针偏航运动；反之，若是加快2号和4号旋翼的转速，同时又减慢1号与3号旋翼的转速，即可实现四旋翼无人机绕z轴的逆时针偏航运动。

如果加快3号旋翼的转速，则机体的总升力增大；如果相应地降低1号旋翼的转速，机体的升力减小；同时，为了使四旋翼无人机不发生偏转运动，其他两个旋翼转速应当保持不变，反扭矩就仍处于平衡之中。在此条件下，四旋翼无人机机体在水平方向上产生了一定倾斜，即机体总升力产生水平方向的力，由此即可实现向前飞行的动作，而向后飞行运动原理反之也可实现。如果在四旋翼无人机的2号与4号电机的转速中，当其中一个电机的转速增大，而另一个电机的转速减小时，使之在y轴方向上产生一个升力的分量，从而导致四旋翼无人机会沿y轴倾斜后再运动。

<地面坐标系及无人机坐标系的定义>

地面坐标系OXYZ是四旋翼无人机在飞行过程中，用来描述其相对于地面位置的空间坐标体系。在这个坐标体系下，大地通常被认为始终是平的，即不存在有大地旋转曲率的影响。这种坐标体系可以由右手法则来确定，通常分为两种，即“北、东、地”和“东、北、天”。

无人机坐标系固定于四旋翼无人机之上，它随着四旋翼无人机的运动而移动。四旋翼无人机机体坐标系的原点一般为四旋翼无人机的重心点。假设从质心到1号电机的方向为该机体坐标系的x轴，从质心到4号电机的方向为无人机体坐标系的y轴，z轴方向垂直于OXY平面上。本发明中采用欧拉角来描述四旋翼无人机的姿态变化。欧拉角是用来确定四旋翼无人机机体的定点转动位置的三个一组的独立角参量，它们由俯仰角θ、滚转角和偏航角ψ组成。它们可以用来描述四旋翼无人机的两个坐标系的相对取向，当四旋翼无人机的地面坐标系OXYZ和无人机坐标系oxyz原点位置重合时，四旋翼无人机则先将机体坐标系沿x轴旋转一个滚转角/>然后再沿y轴旋转一个俯仰角θ，最后沿z轴旋转偏航角ψ，随即可使得地面坐标系与无人机坐标系完全重合。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的十字形四旋翼货运无人机结构示意图；

图2是根据本发明第一实施例的四旋翼货运无人机飞行姿态控制流程图；

图3是根据本发明第一实施例的多级比例微积分控制器模型示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图1-3对本发明作进一步地详细说明。

本实施例中所述的四旋翼货运无人机为十字型四旋翼货运无人机，货舱位于无人机下方，并与无人机刚性连接。在无人机空载状态时，无人机重心位于无人机四个旋翼所构成的平面内。而当无人机装载货物后，无人机重心必然下移，且由于货仓内货物的摆放位置及每件货物重量的不同，无人机整体重心还存在偏离Z轴的情况。针对在本实施例中，由于无人机整体尺寸的限制，装载货物后的无人机的重心偏离Z轴的偏移量相对于重心在Z轴上的偏离量而言相对较小，因此本发明中分为两个步骤考虑重心偏移对飞行姿态控制的影响，即第一步仅考虑重心在z轴上的偏离量来构建装载货物后的无人机的非线性六自由度运动学模型，第二步再考虑重心偏移z轴的偏移量对无人机旋翼所要求的升力补偿模型。

本实施例的基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法包括如下步骤：

步骤S1，构建基于四旋翼货运无人机负载后其重心在地面坐标系Z轴上的重心偏移量Z₁的无人机非线性六自由度运动学模型。

由于四旋翼货运无人机挂载了物体，与未载物的无人机相比较，四旋翼货运无人机的总质量明显增加，并且质心位置也会发生相应变化。当然，质心位置的改变则会影响四旋翼货运无人机的飞行姿态，使四旋翼货运无人机的动力学模型也发生变化。四旋翼无人机的飞行动力来源于四个螺旋桨的旋力，但由于挂载了物体，那么四旋翼货运无人机的升力则需要克服气流干扰力、其无人机自身的重力以及所载物垂直方向的重力。四旋翼货运无人机在飞行过程中，如果其地面坐标系的x、y轴方向都不会受到所载物的影响，那么其前向运动和侧向运动的模型就不会发生变化。由牛顿第二定律可以推出四旋翼货运无人机的平移运动的受力情况为：

其中，a为无人机受力矩阵，m_q为四旋翼货运无人机机体的质量，m_t为所载物的质量，F_x、F_y、F_z为地面坐标系下无人机在三个坐标轴方向所受的拉力，D₁x²、D₂y²、D₃z²为地面坐标系下无人机在三个坐标轴方向上的气流干扰力，g为重力常量。

根据四旋翼货运无人机的总升力有：

其中，F₁、F₂、F₃、F₄分别为四旋翼无人机1、2、3、4号旋翼所产生的升力，将上述无人机总升力带图无人机平移运动受力方程中即可得到无人机的平移运动方程：

其中x”、y”、z”即代表无人机在地面坐标系中在X、Y、Z轴上的加速度变化率。

四旋翼货运无人机是通过螺旋桨产生的气动力矩和反扭矩，来克服其陀螺力矩来实现四旋翼货运无人机的滚转运动、俯仰运动和偏航运动。四旋翼货运无人机由于质心位置的下降，则螺旋桨桨叶中心到终心的长度l会增大，这时，就会对滚转运动和俯仰运动造成影响。而四旋翼货运无人机的偏航运动是在一个水平面上的机体旋转运动而进行的，其垂直方向的所挂载物不会对它有影响。因此，四旋翼货运无人机的滚转控制力矩M_φ、俯仰控制力矩M_θ、偏航控制力矩M_ψ的表达式为：

其中，l为四旋翼无人机的螺旋桨中心到无人机空载时重心的长度，Z₁为四旋翼货运无人机装载后重心在Z轴下移的下移量，b为四旋翼无人机的升力参数，d为四旋翼无人机的反扭矩因子。ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别对应四旋翼无人机四个旋翼的转速。

四旋翼无人机的总力矩∑M为控制输入力矩与陀螺力矩之和，即：

其中，p、q、r为四旋翼无人机在无人机坐标系下的角速率，I_x、I_y、I_z为无人机绕地面坐标系X、Y、Z轴的转动惯量。且角速率p、q、r与欧拉角存在转换关系：

由此可以得到无人机角运动方程：

其中，φ”、θ”、ψ”为无人机在地面坐标系下的欧拉角角加速度变化率。

将上述四旋翼货运无人机在载重状态下的平移运动方程(1)和角运动方程(2)整合即得到四旋翼货运无人机在载重状态下的非线性六自由度运动学模型，即：

步骤S2，构建四旋翼货运无人机负载状态下其重心偏离地面坐标系Z轴时的无人机旋翼升力补偿模型。

在四旋翼货运无人机实际工作状态中，由于货舱内货物的摆放问题以及在货舱内货物不断被取出的过程中，四旋翼货运无人机的重心实质上是无法严格保持在地面坐标系Z轴上的。因此实质上，四旋翼货运无人机的重心除了在地面坐标系Z轴存在偏移量Z₁其在X轴、Y轴方向同样存在偏移。本实施例中认为，首先由于无人机货舱的物理尺寸限制，X轴、Y轴方向的偏移量相对于偏移量Z₁是小的。其次，X轴、Y轴方向的偏移量在无人机起飞状态时，即四旋翼货运无人机的四个旋翼以相同升力拉台无人机的过程中会造成无人机被动出现姿态角变化。基于上述两部分分析，本实施例给出重心偏离地面坐标系Z轴时无人机旋翼升力补偿模型，即：

其中，由上述模型可知，根据上述升力补偿模型，可以实现对无人机飞行姿态由重心偏离造成的偏差，从而实现无人机在起飞状态时的水平抬升。

步骤S3，根据上述非线性六自由度运动学模型以及升力补偿模型构建控制无人机飞行姿态的多级比例微积分控制器模型。

所述多级比例微积分控制器模型包括五级控制器，即：位置控制器、速度控制器、姿态控制器、角速率控制器和升力补偿控制器。上述五级控制器依次串联连接，通过逐级产生控制信号，最后形成产生控制四个旋翼的电压电流信号，用于控制无人机的运动。同时无人机将运动状态反馈给各个控制器。

步骤S4，将无人机IMU单元所测量的飞行状态数据输入到所述多级比例微积分控制器模型，实现对四旋翼货运无人机的飞行姿态控制。所述无人机IMU单元包括三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴磁力传感器。

以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，构建基于四旋翼货运无人机负载后其重心在地面坐标系Z轴上的重心偏移量Z₁的无人机非线性六自由度运动学模型；所述非线性六自由度运动学模型的构建包括无人机平移运动方程的构建和角运动方程的构建；所述非线性六自由度运动学模型为：

其中，x”、y”、z”为四旋翼货运无人机在地面坐标系中在X、Y、Z轴上的加速度变化率，φ、θ、ψ为四旋翼货运无人机的俯仰角、滚转角和偏航角，φ”、θ”、ψ”为四旋翼货运无人机在地面坐标系下的俯仰角、滚转角和偏航角的角加速度变化率，m_q为四旋翼货运无人机机体的质量，m_t为所载物的质量，D₁x²、D₂y²、D₃z²为地面坐标系下无人机在三个坐标轴方向上的气流干扰力，g为重力常量，F₁、F₂、F₃、F₄分别为四旋翼无人机四个旋翼所产生的升力，l为四旋翼货运无人机的螺旋桨中心到四旋翼货运无人机空载时重心的长度，Z₁为四旋翼货运无人机装载后重心在Z轴下移的下移量，b为四旋翼无人机的升力参数，d为四旋翼无人机的反扭矩因子，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别对应四旋翼无人机四个旋翼的转速，I_x、I_y、I_z为无人机绕地面坐标系X、Y、Z轴的转动惯量；

步骤S2，构建四旋翼货运无人机负载状态下其重心偏离地面坐标系Z轴时的无人机旋翼升力补偿模型；所述升力补偿模型为：

步骤S3，根据上述非线性六自由度运动学模型以及升力补偿模型构建控制无人机飞行姿态的多级比例微积分控制器模型；所述多级比例微积分控制器模型包括位置控制器、速度控制器、姿态控制器、角速率控制器和升力补偿控制器；其依次串联连接，通过逐级产生控制信号，最后形成产生控制四个旋翼的电压电流信号；

步骤S4，将无人机IMU单元所测量的飞行状态数据输入到所述多级比例微积分控制器模型，实现对四旋翼货运无人机的飞行姿态控制。

2.根据权利要求1所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述四旋翼货运无人机为十字型四旋翼无人机。

3.根据权利要求1所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述四旋翼货运无人机在空载状态下无人机重心位于无人机四个旋翼所构成的平面内。

4.根据权利要求1所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述无人机IMU单元包括三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴磁力传感器。

5.一种基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制系统，所述控制系统包括运算部和存储部，所述存储部中存储有用于执行如下方法的程序：

步骤S1，构建基于四旋翼货运无人机负载后其重心在地面坐标系Z轴上的重心偏移量Z₁的无人机非线性六自由度运动学模型；所述非线性六自由度运动学模型的构建包括无人机平移运动方程的构建和角运动方程的构建；所述非线性六自由度运动学模型为：

其中，x”、y”、z”为四旋翼货运无人机在地面坐标系中在X、Y、Z轴上的加速度变化率，φ、θ、ψ为四旋翼货运无人机的俯仰角、滚转角和偏航角，φ”、θ”、ψ”为四旋翼货运无人机在地面坐标系下的俯仰角、滚转角和偏航角的角加速度变化率，m_q为四旋翼货运无人机机体的质量，m_t为所载物的质量，D₁x²、D₂y²、D₃z²为地面坐标系下无人机在三个坐标轴方向上的气流干扰力，g为重力常量，F₁、F₂、F₃、F₄分别为四旋翼无人机四个旋翼所产生的升力，l为四旋翼货运无人机的螺旋桨中心到四旋翼货运无人机空载时重心的长度，Z₁为四旋翼货运无人机装载后重心在Z轴下移的下移量，b为四旋翼无人机的升力参数，d为四旋翼无人机的反扭矩因子，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别对应四旋翼无人机四个旋翼的转速，I_x、I_y、I_z为无人机绕地面坐标系X、Y、Z轴的转动惯量；

步骤S2，构建四旋翼货运无人机负载状态下其重心偏离地面坐标系Z轴时的无人机旋翼升力补偿模型；所述升力补偿模型为：

步骤S3，根据上述非线性六自由度运动学模型以及升力补偿模型构建控制无人机飞行姿态的多级比例微积分控制器模型；所述多级比例微积分控制器模型包括位置控制器、速度控制器、姿态控制器、角速率控制器和升力补偿控制器；其依次串联连接，通过逐级产生控制信号，最后形成产生控制四个旋翼的电压电流信号；

步骤S4，将无人机IMU单元所测量的飞行状态数据输入到所述多级比例微积分控制器模型，实现对四旋翼货运无人机的飞行姿态控制。

6.根据权利要求5所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制系统，其特征在于，所述四旋翼货运无人机为十字型四旋翼无人机。

7.根据权利要求5所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制系统，其特征在于，所述四旋翼货运无人机在空载状态下无人机重心位于无人机四个旋翼所构成的平面内。

8.根据权利要求5所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制系统，其特征在于，所述无人机IMU单元包括三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴磁力传感器。

9.一种存储设备，所述存储设备中存储有多条指令，所述指令适用于由处理器加载并执行如权利要求1-4之一所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法。

10.一种移动控制终端，所述移动控制终端包括处理区和存储器，所存储器包括如权利要求9所述的存储设备。