简单的垂直与水平分析

Vertical Motion

四旋翼无人机的旋翼工作产生升力，升力与重力相等时，合力为零，此时无人机处于悬停状态（hover）。
增大无人机四旋翼推力（速度），可以实现无人机爬升（climb）。
减小无人机四旋翼推力（速度），可以实现无人机下降（descend）。

Turning or Rotating

无人机的旋转与各旋翼的旋转方向和旋转速度相关，两个相邻的电机以相反的方向旋转，两个相反的电机沿同一方向旋转。角动力值可以用角速度乘以惯性矩得到。

红色的旋翼呈逆时针旋转，绿色的旋翼呈顺时针旋转，如图所示。当1和3同时减小，2和4增大，保持无人机的升力依旧等于重力，实现无人机方向的改变

空间姿态与位置

基本描述

欧拉角是描述旋转的一种方式，那姿态角呢？姿态角属于欧拉角的一种特殊形式，我们一般定义姿态角为偏航（Yaw），俯仰（Pitch），横滚（Roll）。在不同的载体坐标系里，姿态角对应也不一样。
四旋翼无人机有6个自由度，分别为前后、上下、左右移动，横滚、俯仰、偏航旋转，而控制是从四个方面来进行的：升降通道（Thrust），横滚角（Roll）控制通道，俯仰角控制通道（Pitch）和偏航角控制通道（Yaw）。
下面三张动图呈现的是前后、左右、旋转的效果：

运动姿态实现

以无人机质心为原O，正前方为X轴正方向，右侧方为Y轴正方向，竖直向上为Z轴正方向建立机体坐标系，分析各种运动姿态原理，如图所示

升降运动：在图a中，同时增大无人机四个旋翼转速，使得总升力大于无人机整体重量后无人机将沿着Z轴垂直上升，反之，减小四个旋翼转速使总升力小于无人机自身重量后，无人机将垂直降落。在无外界干扰的情况下当总升力等于机体重量时无人机将保持悬停。

前后运动（pitch）：如图b所示，3、4号旋翼转速增大，1、2号旋翼转速保持，前后升力差会导致无人机出现“前低后高”的姿态，旋翼推力在X轴正方向的分力将驱动无人机前进；同理当1、2号旋翼转速增大，3、4号旋翼转速不变时无人机将会后退。

左右移动（roll）：与前后移动原理相同，在图c中，1、4号旋翼转速增大时无人机向左移动，2、3号旋翼转速增大时无人机向右移动。

偏航运动（yaw）：如图d所示，当一对正转旋翼与一对反转旋翼转速相同时，产生的扭矩则相互抵消，无人机不旋转。和当1、3号旋翼转速增大而2、4号旋翼转速不变时，1、3号旋翼对机体产生的扭矩大于2、4号旋翼的反扭矩，因此无人机将绕Z轴进行逆时针旋转；反之，当2、4号旋翼转速大于1、3号旋翼转速时，无人机将绕Z轴顺时针旋转。

讲解视频

在MATLAB关于无人机仿真和控制的学习内容–Drone Simulation and Control, Part 1: Setting Up the Control Problem - YouTube中，对无人机控制的基本框架进行一个简要介绍，涉及控制器、执行器以及传感器，中间融入算法和预期目标等。
视频中尤其重点介绍了无人机几种姿态（pitch, roll, yaw, thrust) 的演示过程，讲解得通俗易懂。视频中还说明无人机同向螺旋桨为何要对向放置，涉及重心以及偏航的问题。在讲解无人机左右平移时，展示了图片，说明螺旋桨推力分解为抵消重力的分力和左右移动的分力，对上文的一个图示补充。