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龙图腾网获悉齐鲁工业大学(山东省科学院);永基众合(山东)科创集团有限公司申请的专利一种四旋翼无人机级联控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120447610B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-23发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510942382.8，技术领域涉及：G05D1/495；该发明授权一种四旋翼无人机级联控制方法是由祝宝龙;甘有霖;王洪雷;夏荣剑;司淑洁;卢宣诚;马晓鸥;吴欣芮设计研发完成，并于2025-07-09向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种四旋翼无人机级联控制方法在说明书摘要公布了：本发明涉及无人机技术领域，尤其是提供了一种四旋翼无人机级联控制方法。该方法包括获取四旋翼无人机的数学模型；设计位置增量式模型预测控制—姿态分数阶PID控制的级联控制框架；设计非线性交叉迭代策略，以跟踪误差平方最小为目标，优化级联控制框架中的控制器参数，该方法能够快速且准确地寻找最优参数，并且在保证跟踪性能的同时，提高了抵抗外部扰动的能力。

本发明授权一种四旋翼无人机级联控制方法在权利要求书中公布了：1.一种四旋翼无人机级联控制方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤1、获取四旋翼无人机的数学模型； 步骤2、根据步骤1，设计位置增量式模型预测控制—姿态分数阶PID控制的级联控制框架； 步骤3、根据步骤2，设计非线性交叉迭代策略，以跟踪误差平方最小为目标，优化级联控制框架中的控制器参数； 所述步骤1的数学模型包括： ； ； ； ； ； ； 其中，以四旋翼起飞位置为原点，表示向正东方向前进的距离，表示向正东方向前进的速度，表示向正东方向前进的加速度；表示向正南方向前进的距离，表示向正南方向前进的速度，表示向正南方向前进的加速度；表示在垂直方向向上飞行的高度，表示在垂直方向向上飞行的速度，表示在垂直方向向上飞行的加速度；表示向正东方向旋转的角度，表示向正东方向旋转的角速度，表示向正东方向旋转的角加速度；表示向正南方向旋转的角度，表示向正南方向旋转的角速度，表示向正南方向旋转的角加速度；表示四旋翼自西向东旋转的角度，表示四旋翼自西向东旋转的角速度，表示四旋翼自西向东旋转的角加速度；为四旋翼的整体质量；为四个螺旋桨旋转的速度和；，，分别为四旋翼在，，方向上的转动惯量系数；，，分别为四旋翼在，，方向上的机身阻力系数；，，分别为四旋翼在，，方向上的机身阻尼力矩系数；，，，，，分别为四旋翼在，，，，，方向上受到的扰动；为四个螺旋桨旋转产生的总的升力，，，分别为四旋翼在，，方向上的转动力矩；为螺旋桨转动惯量，g为重力加速度； 将数学模型分解为两个子系统模型： 位置子系统： ； ； ； 姿态子系统： ； ； ； 在四旋翼系统中，姿态子系统作为内环，位置子系统作为外环；水平面上的位置，依赖于姿态角度，，通过控制姿态角度，，以控制位置，； 所述步骤2包括： 所述位置增量式模型预测控制： 对四旋翼位置子系统的数学模型进行转换，其表达式为： ； ； ； 对转换后的四旋翼位置子系统的数学模型进行简化，其表达式为： ； ； ； 其中，，，g为重力加速度，，，，，即将乘积项、和分别记作、和； 在时间步长为时，位置子系统的离散状态空间方程分别为： ； ； ； ； ； ； 其中，，，，，；，，，，；，，，，； 在时间步长为时，位置子系统的增量式离散状态空间方程分别为： ； ； ； ； ； ； 其中，，，；，，；，，； 采用非线性扩张状态观测器，估计得到扰动，，的数值，其表达式为： ； ； ； 其中，，，分别用来估计位置，速度与扰动的数值，为估计的位置与实际的位置的差值，为时间步长，为设计的控制输入，，，，，，以及均为可调参数，用于影响观测器的性能； 非线性函数的表达式为： ； ； 其中，为符号函数； 通过增量式模型预测控制的滚动优化求解，求出控制输出的增量，，，得到控制输出，其表达式为： ； ； ； 姿态分数阶PID控制器的离散表达式为： ； 其中，为控制器的误差输入序列，为正整数，为控制器的输出序列，为离散的时间步长，为积分阶数，为微分阶数，，，分别为比例、积分、微分系数；和为二项式系数，取值如下： ； ； 基于此，得出姿态子系统的虚拟控制输入，，，进而转化为力矩输入，，。

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