參考資料：愛無人機論壇
單級PID：
PID算法屬於一種線性控制器，這種控制器被廣泛應用於四軸上。要控制四軸，顯而易見的是控制它的角度，那麼最簡單，同時也是最容易想到的一種控制策略就是角度單環PID控制器。
相應的僞代碼如下：
以ROLL方向角度控制爲例：
測得ROLL軸向偏差：
偏差=目標期望角度-傳感器實測角度
ERROR_ANGLE.X = EXP_ANGLE.X - Q_ANGLE.Roll;
比例項的計算：
比例項輸出 = 比例係數P * 偏差
Proportion = PID_Motor.P * ERROR_ANGLE.X;
微分項計算： 由於陀螺儀測得的是ROLL軸向旋轉角速率，角速率積分就是角度，那麼角度 微分即角速率，所以微分量剛好是陀螺儀測得的值。
微分輸出=微分系數D*角速率
DifferentialCoefficient = PID_Motor.D * DMP_DATA.GYROx;
整合結果總輸出爲：
ROLL方向總控制量=比例項輸出+微分量輸出
YAW軸輸出：
微分輸出=微分系數D*角速率
YAW方向控制量 = PID_YAW.D * DMP_DATA.GYROz;
ROLL和PITCH軸按照以上公式計算PID輸出，但YAW軸比較特殊，因爲偏航角法線方向剛好和地球重力平行，這個方向的角度無法由加速度計直接測得，需要增加一個電子羅盤來替代加速度計。如果不使用羅盤的話，我們可以單純的通過角速度積分來測得偏航角，缺點是由於積分環節中存在積分漂移，偏航角隨着時間的推移會偏差越來越大，就會出現航向角漂移的問題。我們不使用羅盤就沒有比例項，只僅使用微分環節來控制。
串級PID：
上述角度單環PID控制算法僅僅考慮了飛行器的角度信息，如果想增加飛行器的穩定性(增加阻尼)並提高它的控制品質，我們可以進一步的控制它的角速度，於是角度/角速度-串級PID控制算法應運而生。
在這裏，相信大多數朋友已經初步瞭解了角度單環PID的原理，但是依舊無法理解串級PID究竟有什麼不同。其實很簡單：它就是兩個PID控制算法，只不過把他們串起來了(更精確的說是套起來)。那這麼做有什麼用？答案是，它增強了系統的抗干擾性(也就是增強穩定性)，因爲有兩個控制器控制飛行器，它會比單個控制器控制更多的變量，使得飛行器的適應能力更強。
爲了更爲清晰的講解串級PID，這裏依舊畫出串級PID的原理框圖，如圖所示：
相應的僞代碼如下：
單極PID適合線性系統，當輸出量和被控制量呈線性關係時單極PID能獲得較好的效果，但是四軸不是線性系統，現代學者認爲，四軸通常可以簡化爲一個二階阻尼系統。爲什麼四軸不是線性系統呢？首先，輸出的電壓和電機轉速不是呈正比的，其次，螺旋槳轉速和升力是平方倍關係，故單極PID在四軸上很難取得很好效果，能飛，但是不好飛。
串級PID就是兩個PID串在一起，分爲內環和外環PID。在此，我們使用內環PID控制，外環PI控制。
單極PID輸入的是期望角度，反饋的是角度數據，串級PID中外環輸入反饋的也是角度數據，內環輸入反饋的便是角速度數據。通俗來講，內環就是你希望將四軸以多少度每秒的速度運動，然後他給你糾正過來，外環就是根據角度偏差告訴內環你該以多少度一秒運動。這樣，即使外環數據劇烈變化，四軸的效果也不會顯得很僵硬。
在內環中，PID三個數據作用分別是：P（將四軸從偏差角速度糾正回期望角速度）D（抑制系統運動）I（消除角速度控制靜差）
外環PI中，兩個數據的作用是：P（將四軸從偏差角度糾正回期望角度）I（消除角度控制靜差）
整定方法：
1，將內外環PID都歸0，適當增加內環的P，調整P至四軸從正面朝上自然轉動到正面朝下時能感受到阻力，且沒有抖動，有抖動就應減小P，當P減小到無抖動或者輕微抖動時即可。
2，讓內環的D慢慢增加，到你用手能明顯感受到轉動四軸產生排斥外力的阻力即可，D能抑制P產生的振盪，但是D過大也會導致高頻振盪，調整D至系統無振盪且能抑制外界的力即可。
3，給內環一點點I，注意的是I的積分要在油門開啓後纔開始，油門關閉就清0，且必須有積分限幅。I推薦取越小越好，我取的是0.01，I取大了會導致系統振盪。
4，將內環P減半，將外環P調至內環的50-70倍，根據系統產生的高頻振盪降低內環的D，直至高頻振盪消除即可。
5，給外環一點點I，同3.
6，根據實際情況對參數進行優化調整，調整過程中要注意區分各個參數的作用，時刻記住，P是回覆力，大了會低頻振盪，D是抑制力，大了會高頻振盪，I是靜差消除力，越小越好，大了會產生振盪。