La estabilidad juega un papel esencial en los vehículos de despegue y aterrizaje vertical (VTOL). Este documento investiga las características de estabilidad de un novedoso vehículo VTOL de cola que utiliza control de empuje vectorial, centrándose específicamente en la modelización no lineal y la optimización de parámetros. En primer lugar, se diseña y fabrica el VTOL de cola que emplea principios de control de empuje vectorial utilizando impresión 3D y técnicas de refuerzo con fibra de carbono, con un controlador de vuelo personalizado implementado en la arquitectura PX4. Para abordar las características dinámicas no lineales introducidas por el mecanismo de empuje vectorial, se establece un modelo dinámico no lineal para el vuelo de crucero basado en una base de datos fuera de línea y se valida con datos de pruebas de vuelo de crucero. Las pruebas de vuelo muestran que el control de inclinación basado en empuje vectorial proporciona una respuesta rápida y un seguimiento preciso durante el vuelo de crucero. Además, basado en el modelo validado, se utiliza una estrategia de optimización híbrida que combina búsqueda de patrones y programación cuadrática secuencial (SQP) para ajustar los parámetros de control en cascada. Los resultados de simulación demuestran que el controlador optimizado reduce el tiempo de subida de 6.8 s a 0.2 s y el tiempo de asentamiento de 10.1 s a 0.9 s bajo la respuesta de paso en condiciones de crucero probadas, lo que indica una mejora notable en el rendimiento de respuesta dinámica. Este estudio proporciona un marco práctico para la modelización del vuelo de crucero, el análisis de estabilidad de inclinación y la optimización de parámetros de control de UAVs de cola con empuje vectorial.