【摘 要】
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四旋翼无人飞行器因其独特的机构，其姿态灵活，并能够实现垂直起降，相比于其它同规模的无人飞行器在狭小复杂环境下具有较强的适应能力及较强的负载能力，具有重要的军事和民用价值
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四旋翼无人飞行器因其独特的机构，其姿态灵活，并能够实现垂直起降，相比于其它同规模的无人飞行器在狭小复杂环境下具有较强的适应能力及较强的负载能力，具有重要的军事和民用价值。本文在阐述了四旋翼无人飞行器的国内外研究成果基础上，分析了其数学模型，研究了飞行器平台设计，并研究了正常情况下及受损情况下四旋翼飞行器的控制。主要研究内容和成果包括:
首先，阐述了四旋翼飞行器的基本原理，分析了螺旋桨的空气动力学，建立了四旋翼无人飞行器的相关坐标系，并得出了四旋翼飞行器的动力学模型。
其次，研究了四旋翼无人飞行器的机械结构设计，进行了四旋翼飞行器的电机及传感器选择，完成了四旋翼飞行器的飞行控制器硬件设计。
再次，研究了四旋翼飞行器基于PID的水平运动控制，基于传递函数的高度控制，基于线性二次型的姿态运动控制，简要阐述了线性二次型理论，对所设计控制算法进行了MATALAB仿真分析，并对仿真结果进行了分析。
最后，针对复杂工作环境中四旋翼无人飞行器在受损情况下的控制方法适应性问题，提出了基于模型参考自适应控制设计方法及基于模型参考自适应滑模控制设计方法。针对机体受损引起的质量及转动惯量改变问题，采用基于模型参考自适应控制，有效抑制系统参数不确定带来的影响;针对旋翼受损引起的飞行器旋翼增益损失问题，采用基于模型参考自适应滑模的容错控制，有效提高飞行器对旋翼受损故障的容错能力，增强系统鲁棒性。并分别对上述两种情况下所设计的飞行器控制器进行了仿真实验，结果表明设计的控制器能够有效地解决对应的问题，验证了所提出控制设计方法的有效性及合理性。
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