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設備與工具無人機自主控制能力可分為6個等級。
1、完全機構化的控制方案和策略，對自身和環(huán)境變化沒有做出反應的能力；（自動控制）
2、能夠適應對象和環(huán)境的不確定性，具有變參數(shù)、變結構的能力；
3、具有故障實時診斷、隔離、和根據(jù)故障情況進行系統(tǒng)重構能力；
4、能夠根據(jù)變化的任務和態(tài)勢決策和任務重規(guī)劃的能力；
5、具有與其它單體或系統(tǒng)進行交互、協(xié)同的能力；
6、能夠自學習，具有集群自組織協(xié)調的能力。
以上“自主控制”可分為以下的類型：
適應性自主：即以適應各類不確定性為目標的自主控制，其中涵蓋了由對象、環(huán)境以及任務、態(tài)勢等帶來的不確定因素，使系統(tǒng)在無人機參與時實現(xiàn)控制目的。
系統(tǒng)性自主：系統(tǒng)作為獨立自主的智能體與其它智能體或人協(xié)同時，可進行自主協(xié)調、協(xié)作、協(xié)商等控制行為，以自身適應性自主控制為基礎，通過協(xié)同性自主可以實現(xiàn)多平臺或人機協(xié)作，在資源、效率等眾多方面得到更優(yōu)化的控制效果。
學習型自主：高級的自主系統(tǒng)必須具備自學習能力，及能夠根據(jù)對象、環(huán)境、任務及控制效果，通過自主的修正、優(yōu)化和學習的行為，提高控制性能。
因此，高級的自主系統(tǒng)具有適應性、自修復、智能性、協(xié)同性、自學習等特點。
自主控制包括自動完成預先確定的航路和規(guī)劃的任務，或者在線感知形式，并按確定的使命、原則在飛行中進行決策并自主執(zhí)行任務。自主控制的挑戰(zhàn)就是在不確定性的條件下，實時或近乎實時地解決一系列最優(yōu)化的求解問題，并且不需要人為的干預。面對不確定性的自動決策是自主控制從內回路控制、自動駕駛儀到飛行管理、多飛行器管理、再到任務管理的一種邏輯層次的進步，也是自動控制從連續(xù)反應的控制層面到離散事件驅動的層面的一種延伸。
從效能的角度出發(fā)，無人機的工作方式將覆蓋單機行動和多機系統(tǒng)的模式。為此飛行控制應當提供編隊飛行、多機協(xié)同執(zhí)行任務的能力，控制結構的選擇時應對諸多要素進行綜合考慮，其中包括將整個機群的使命分解為每個無人機的具體目標、在線任務計劃、在線優(yōu)化編隊的任務航線、軌跡的規(guī)劃和跟蹤、編隊中不同無人機間相互的協(xié)調、在兼顧環(huán)境不確定性及自身故障和損傷的情況下實現(xiàn)重構控制和故障管理等。因此先進的無人機控制必須具有開放的平臺結構，并面向任務、面向效能包含最大的可拓展性。針對這樣的要求，當前廣泛接受的解決方案是選擇層階的控制結構和控制技術。
遞階式系統(tǒng)的每一層都有相對獨立的功能劃分，各層間通過往復的傳輸實現(xiàn)信息的共享。越往下就越接近具體的執(zhí)行層，控制算法的具體和布局化程度以及執(zhí)行的速度就越高；越往上則信息的內容和決策就越具全局意義，并且決策的時間尺度也將變得更長。由于信息的共享，實際上每一層都有相當?shù)摹叭钟^”，這有利于在必要時相對各層開發(fā)適當?shù)耐评砗蜎Q策算法，從而提高整個系統(tǒng)的智能化水平和自主程度。
圖1 遞階智能控制結構圖
遞階智能控制結構圖是基于無人作戰(zhàn)飛機設計的控制和協(xié)調的分層結構，具有一定的代表性。這種控制結構分為4層：任務控制層、戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術層和調節(jié)規(guī)劃層，下面的3層位于每一架無人機個體上，最上的一層即任務控制層，位于智慧站或長機上。在這種結構下，同時還可以方便地與其它無人機協(xié)調合作來完成任務。
圖2 導航、制導控制系統(tǒng)
單架無人機的控制結構如圖所示，其中控制層為自主控制的最高層，它依據(jù)對系統(tǒng)狀態(tài)的感知，決策和規(guī)劃系統(tǒng)的任務目標，任務序列和機動軌跡。導航和制導為適應層，適應層根據(jù)任務規(guī)劃結果以及無人機的狀態(tài)產(chǎn)生相應的導引方案和具體的制導指令，控制執(zhí)行層生成飛機各操縱效率機構（包括氣動效率機構及推力效率機構）的控制指令。
無人機故障診斷與自修復重構是其實現(xiàn)自主控制的保障，能夠提高無人機的生存能力以及飛行安全性。故障容錯與重構控制的問題包括：如何對不同情況的重大故障和結構損傷進行建模，而且避免模型量太大；如何將不同的在線故障檢測與識別（FDI）和自適應可重構控制（ARC）算法進行綜合，以覆蓋不同類型的錯誤，包括傳感器故障、控制效應器故障、以及結構和戰(zhàn)場損傷；在出現(xiàn)故障時，如何改變控制分配算法（CAA）。具有故障診斷和自修復重構功能的控制如圖。
圖3 自修復控制系統(tǒng)結構圖
先進無人機飛控控制技術的目標是實現(xiàn)可變自主權限的自主控制。近年來，對于在環(huán)境和自身存在不確定條件下的自主和多機協(xié)同控制已經(jīng)進行了大量的研究。應當指出，控制器要實現(xiàn)的功能目標在相當程度上決定了其應適應的不確定性程度。在遞階控制結構中，隨著時間尺度的增長以及控制和決策功能的逐漸分離，面對的不確定性程度也將大大提高。在現(xiàn)已建立的知識庫和專家系統(tǒng)的基礎上，將人工智能（AI）應用到飛行中決策的技術方向。研究結果表明，自適應控制可以適應很高程度的不確定性；而當不確定因素是動態(tài)并且瞬變時，則可以采用學習控制。在遞階結構的基礎上，以魯棒、自適應和智能控制相互交叉、融合所發(fā)展出的先進飛行控制技術，具有功能強大的特點，試用于無人機控制領域。其中，基于多模型的自適應控制技術，可以降低各種不確定性的復雜度，從而利于在線決策和重構控制。
與有人機不同，非自主無人機執(zhí)行任務時的執(zhí)行決策（如目標識別與分配、武器投放、任務變更等）是由地面操作員完成的，在這種運行機制下，操作員智能進行近實時的決策。自主控制意味著不需要人的干預，必須建立以在線態(tài)勢感知為中心的實時自主決策能力。無人機任務管理能力和機載控制系統(tǒng)的在線感知和可變自主權控制能力將是無人機自主任務成敗的關鍵。
無人機在線態(tài)勢感知的重點問題之一在于如何實現(xiàn)不確定條件下信息的快速獲取與處理，從而實現(xiàn)飛行中再規(guī)劃，也就是當接收到新的信息以及發(fā)生了非預見的事件時如何實時最優(yōu)地更新預先制定的計劃和導引策略，以應對數(shù)據(jù)鏈缺失、實時威脅以及復雜的故障和損傷等控制站無法實時干預的緊急情況。
對于自主飛行的無人機而言，安全著陸是一個很困難的問題。由于著陸階段飛行高度低，所以對飛行安全的要求也最高，尤其是在終端接近時，無人機必須高精度保持所有狀態(tài)直到準確地在一個規(guī)定的點上接地。著陸設計的問題主要包括無人機的定位導引與制導控制兩個方面。而且在與外界數(shù)據(jù)通信鏈斷開的情況下，無人機需要資助完成安全著陸。因此高精度的距離和位置測量設備是無人機能夠正常降落的保證。
采用類似有人駕駛飛機的方式進行自主著陸是無人機的發(fā)展趨勢，其中精確的控制律設計對于無人機的安全著陸也必不可少。即使發(fā)生多起故障、存在嚴重擾動以及飛機動態(tài)數(shù)據(jù)存在不確定性的情況下，仍能在誤差容許的范圍使無人機安全著陸。
無人機的自主能力在其執(zhí)行作戰(zhàn)或協(xié)同任務時顯得尤為重要。無人作戰(zhàn)飛機（Unmanned Combat Aerial Vehicles UCAV）面臨的作戰(zhàn)任務復雜、態(tài)勢變化快、不確定因素多，無人作戰(zhàn)飛機必須自主完成對目標的探測、識別，制定諸如目標分配、戰(zhàn)術規(guī)劃和機動決策等攻擊決策，無人作戰(zhàn)飛機的指揮控制系統(tǒng)應是具有駐留性、反應性、社會性，因此要求其能在快速全面感知環(huán)境的基礎上實時做出決策。
多無人機協(xié)同時將一組不同位置、不同價值、不同威脅程度的目標合理地分配給類型、價值和戰(zhàn)斗力都不同的無人機，已達到整體作戰(zhàn)效能最大、代價最小的目的。協(xié)同的前提條件是無人機平臺間的通信和信息共享，無人機平臺之間信息是高度分布的，無人機平臺的運動以及通信拓撲的變化，以最小信息流為基礎的多平臺分散協(xié)調控制系統(tǒng)結構。
多無人機協(xié)同搜索也是多UAV協(xié)同控制的一個重要研究內容，多架UAV同時對一個不確定區(qū)域進行搜索，目的在于更快速、全面地獲取搜索趨于的信息，降低環(huán)境的未知性。協(xié)同工作時考慮不同UAV飛行和探測傳感器的約束，在不確定環(huán)境中采用協(xié)同自主控制的方法，從而達到整體任務效能的優(yōu)化。
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