隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，四旋翼飛行器以其低成本、高性能、獨(dú)特構(gòu)造和飛行方式等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。本文在綜述四旋翼飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和控制方法的基礎(chǔ)上，以飛行控制算法為研究主題，重點(diǎn)研究了四旋冀飛行器的動(dòng)力學(xué)建模，設(shè)計(jì)了三種飛行控制算法，并通過數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所提出算法的正確性和有效性。

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　　本文研究的主要內(nèi)容和成果包括：

　　1、非線性數(shù)學(xué)模型建立：在介紹四旋翼飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制原理的基礎(chǔ)上，選取系統(tǒng)的關(guān)鍵受力和力矩，從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)角度詳細(xì)推導(dǎo)系統(tǒng)非線性模型，并在假設(shè)條件下進(jìn)行簡(jiǎn)化。

　　2、基于PID算法的四旋翼飛行器控制：采用PID算法對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)（姿態(tài)：環(huán)）和外環(huán)（位置環(huán)）控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明飛行器系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置并保持穩(wěn)定懸停。

　　3、基于Backstepping的四旋翼飛行器控制：針對(duì)系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)，采用基于Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)的Backstepping法設(shè)計(jì)四旋翼飛行器的飛行控制系統(tǒng)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其有效性。結(jié)果表明，在穩(wěn)定時(shí)間和到達(dá)期望位置方面優(yōu)于經(jīng)典PID控制。

　　4、基于自適應(yīng)Backstepping法的四旋翼飛行器控制：為貼近實(shí)際飛行環(huán)境，解決系統(tǒng)飛行過程中的不確定性，提出了自適應(yīng)反步法，并進(jìn)行抗干擾仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明系統(tǒng)具有良好魯棒性。

　　本文建立了系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了三種飛行控制算法，為四旋翼飛行器的未來研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。