1、四旋翼無人機是種結(jié)構(gòu)對稱、機動靈活的飛行器，可通過分別控制四個旋翼的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)各種飛行姿態(tài)，包括垂直起降和空中懸停等多種特殊飛行姿態(tài)，在軍事和民用市場有很大的應(yīng)用前景。但由于其非線性、多變量、耦合性以及欠驅(qū)動等特性，大大增加了研究難度。本文基于Quanser公司開發(fā)的Qball-X4無人機在控制器設(shè)計相關(guān)問題上做了研究和分析。
　　首先，本文分析了四旋翼無人機的結(jié)構(gòu)特點和飛行機理，然后結(jié)合Qball-X4的自身參數(shù)建立了其非線性動

2、力學(xué)模型。根據(jù)室內(nèi)小角度飛行的特點簡化模型，并分析了四旋翼無人機動力學(xué)模型具有的一些特性。
　　其次，利用線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)調(diào)節(jié)PID控制參數(shù)的方法設(shè)計控制器。以線性模型的狀態(tài)空間形式為被控對象，加上LQR-PID控制器構(gòu)建由位置和姿態(tài)角組成的雙閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。為了能在控制器中引入積分器，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，本文建設(shè)性的在模型中添加了一個狀態(tài)量。接著在仿真環(huán)境下做了懸停飛行和螺旋上升飛行實驗，驗證了該控制器的飛行性能。<

3、br>　　再次，考慮實現(xiàn)飛行環(huán)境的復(fù)雜性，提高控制系統(tǒng)的魯棒性，研究了H∞回路成形控制器設(shè)計方法。這種方法是建立在對范數(shù)、系統(tǒng)正規(guī)化互質(zhì)因子不確定性以及魯棒性進行定量數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，通過整形系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線來保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的魯棒性能及控制品質(zhì)的一種設(shè)計方法，這種方法能很好的實現(xiàn)系統(tǒng)魯棒性能和魯棒穩(wěn)定性間的折中。最后對降階后的控制器做了仿真實驗，各性能指標均達到預(yù)設(shè)目標。
　　最后，簡要介紹了Qball-X4四旋翼無人機系統(tǒng)