四旋翼无人机飞行控制算法研究

首先，分析了四旋翼无人机的动力学特性，基于牛顿-欧拉方程建立了完整的四旋翼无人机动力学模型。该模型用四元数对无人机进行姿态解算，考虑了四旋翼无人机飞行时的平动空气阻力、转动空气阻力，并且将无刷电机转子、螺旋桨和机体看作多刚体系统。在Solidworks软件中，建立了无人机半实物模型以获得无人机惯性参数。

其次，结合四旋翼无人机仿真模型，研究了在三种姿态反馈形式（欧拉角、旋转矩阵以及四元数）下姿态和位置的PID控制策略；完成相应的姿态控制系统设计，提出相应的位置误差转换到姿态误差转换策略，完成了位置的级联控制系统设计；仿真结果表明以四元数反馈时无人机的阶跃跟踪效果更好，而且具有控制器结构简单、姿态解算无奇点以及计算量少的优点。

再次，在四元数反馈的模型基础上，研究了四旋翼无人机的自抗扰控制算法；导出四元数积分器串联方程，结合姿态误差四元数的意义，建立了四元数形式的矢量自抗扰控制系统；仿真结果表明在该控制系统下无人机的响应速度更快，鲁棒性能更强。

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