【摘 要】
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四旋翼无人机通过改变对称分布的旋翼转速来调整位置和姿态，具有灵活机动、成本低廉等优点，逐渐成为科研人员的研究热点。然而，四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合等特点，导致控制系统具有较大的设计难度。本文主要针对四旋翼无人机的飞行控制问题展开研究，主要工作如下: 首先，详细分析了四旋翼无人机的飞行原理和双坐标系的转换关系，在此基础上，根据牛顿.欧拉法推导出四旋翼无人机的动力学模型，为控制系统设计奠
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四旋翼无人机通过改变对称分布的旋翼转速来调整位置和姿态，具有灵活机动、成本低廉等优点，逐渐成为科研人员的研究热点。然而，四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合等特点，导致控制系统具有较大的设计难度。本文主要针对四旋翼无人机的飞行控制问题展开研究，主要工作如下:
首先，详细分析了四旋翼无人机的飞行原理和双坐标系的转换关系，在此基础上，根据牛顿.欧拉法推导出四旋翼无人机的动力学模型，为控制系统设计奠定基础。
其次，研究了分数阶PID控制和模糊控制相结合的控制策略，将分数阶算子引入模糊控制器的输入输出中，构成了自适应模糊分数阶PID控制器并将该控制算法应用于四旋翼无人机控制系统。为了取得更好的飞行效果和更高的能量效率，使用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对控制器参数进行优化，该方法与PID和分数阶PID控制器对比获得了更优的控制性能。
再次，考虑到自然环境下的扰动因素，结合分数阶PD控制和自抗扰控制，针对四旋翼无人机控制系统设计了自抗扰分数阶PD控制器，并使用平衡优化器算法对其参数进行优化。该方法与自抗扰整数阶PD控制器对比，在抵抗内部扰动和外界干扰方面，具有更好的效果。
最后，基于MATLABAppDesigner开发了一款四旋翼无人机控制仿真可视化平台，设计了用户管理界面、控制仿真界面和参数优化界面，该可视化平台对加快四旋翼无人机的实际应用开发具有重要意义。
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