四旋翼无人机自主飞行控制方法设计研究综述.docx
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四旋翼无人机自主飞行控制方法设计研究综述
第一章选题背景和意义
1.1选题背景
无人机（UnmannedAerialVehicles,UAV），通过在机体内装备的自主程序控制飞行或根据地面控制站无线遥控设备的操纵指令控制飞行。
近年来，以其体积小、成本低、适应性强、机动性隐蔽好、可重复使用、可替代人执行危险性大的作战任务等特点成为国内外研究的热点，并逐渐在军事、民用等诸多领域展现出巨大的应用潜力[1]。
通常无人机分为旋翼式无人飞行器和固定式无人飞行器[2]。
固定式无人飞行器出现的较早，自20世纪60年代初，美国首次使用无人机进行军事探查，并在之后的战争中起到巨大的效果，如参与中东海湾战争的“先锋”舰载无人机、科索沃战争的“掠夺者”无人机、阿富汗战争和伊拉克战争中的“捕食者”和“死神”系列无人机、“全球鹰”战略无人侦察机[3]。
随着微机电、通信、新材料和控制方法等科技的完善和研究，使得早期旋翼式无人飞行器相对复杂的工程应用找到了有效的解决方式，并且能够更好地满足如今越发复杂化的作战环境和要求。
旋翼式无人机较固定式无人机具有突出优势，它能够在狭小的空间范围中实现悬停[4]，垂直升降（VTOL,VerticalTakeOffandLanding），灵活度好，结构简单。
本课题主要研究的对象是微小型旋翼式无人飞行器——四旋翼（Quadrotor）。
该飞行器的四个旋翼和四个电机分别固定在具有中心对称结构的十字架结构机身的四个端点。
改变四个电机的转速从而改变升力，实现四旋翼飞行器的轨迹和姿态控制[5]。
与单旋翼式无人飞行器相比，四旋翼飞行器布局简单，易于控制，在飞行稳定性和可操纵性上更加突出。
此外，噪声小，制造精度低，隐蔽性好以及在狭小空间中完成飞行任务等优点，使得四旋翼拥有更加大的应用潜力。
但是，微小型四旋翼飞行器是一种非完整约束的二阶欠驱动强耦合系统，在飞行过程中，四旋翼无人飞行器可以通过调节四个螺旋桨的转速直接控制其姿态角度和飞行高度，而对于飞行器的水平位置，只能通过飞行器姿态角度与水平位置之间的耦合关系来间接控制，因此实现四旋翼无人飞行器三个方向的位置控制具有较大的难度。
除此之外，由于四旋翼无人飞行器体积小并且重量轻，在飞行过程中空气阻力和阻力矩对其影响比较大，因此在设计飞行控制器时还需要考虑到时变的外部干扰问题。
除外界扰动以外，在每次飞行中，不同的负载导致飞行器的重量以及转动惯量也都会有很大程度上的差别。
由于四旋翼无人飞行器的动力学模型相对复杂，其动力学模型中的一些空气动力学参数很难准确测量，这些不确定性进一步增加了飞行控制系统设计的难度。
使得传统的控制算法无法理想地解决这些问题，也就更加难以在工程实践中达到良好控制效果。
无人机除了在飞行过程中除需要调节至指定位置及姿态以外，另外在一些特殊应用场景下，比如执行一定路径下的航拍任务或者在信号干扰较为强的区域进行巡航任务，对其路径进行预先的路径规划以及执行对此路径的跟踪具有很重要的现实意义。
但是，由于无人机在对路径跟踪时，会受到来自环境中侧风，无人机结构气动参数建模不精准以及执行结构的时延的影响，导致无人机最后无法按照预先设定的路线进行。
因此需要利用飞行器实时位姿信号反馈来控制飞行器跟踪预定轨迹来实现四旋翼无人飞行器轨迹跟踪控制。
因此，各种各样针对四旋翼的轨迹跟踪和飞行控制方法被研究提出，例如反步法[6][7]，反馈线性化[8][9]和PID[10]等。
由此可见针对微型四旋翼飞行器在复杂环境下，满足特殊飞行要求时的轨迹实现稳定的跟踪控制的研究具有一定的理论意义和实用价值。
1.2国内外研究现状及发展动态
四旋翼飞行器的概念最早是由Breguet兄弟实现的，在19世纪初期，他们研制了第一架四旋翼飞行器，被称为Breguet-Richet“旋翼机1号”（如图1.1），焊接的四根钢管构成十字交叉分布是该旋翼机的主机体框架。
1907年9月，“旋翼机1号”实现了旋翼机携带驾驶员的首次升空[11]。
虽然第一架四旋翼飞行器没有实现稳定飞行，但极大的推进了四旋翼飞行器的发展。
图1.1Breguet-Richet“旋翼机1号”
1956年，在纽约的Amitycille，Convertawings制造了一架具有两个发动机的四旋翼飞行器（如图1.2），通过改变每个螺旋桨的转速来产生推力，进而实现该飞行器的飞行。
图1.2Convertawings的四旋翼飞行器
那段时期大多以载人四旋翼飞行器为主，原型机的性能和稳定性较差，操作性能和实用性能都很低，所以在后来的数十年中旋翼无人机几乎停止发展。
直到近十几年来，随着先进控制理论、空气动力学理论、微电子技术以及材料技术等相关学科的发展，再次掀起了以四旋翼无人飞行器为代表的多旋翼无人飞行器的研究热潮，并取得了大量的成果。
美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室设计的四旋翼无人机不仅能够在室内实现稳定飞行、壁障及目标识别等功能，还可以实现编队协同任务（如图1.3）。
该小组摒弃了传统的传感器装置，加入红外传感器和摄像头以协助惯性测量单元进行飞行器姿态与位置信息的获取，取得了良好的控制效果[12]。
图1.3宾夕法尼亚大学研制的四旋翼无人机及编队试验
斯坦福大学的无人机研究小组开展了关于四旋翼无人机的多智能体控制自主旋翼飞行器平台计划（STARMAC），该小组先后设计了两套名为STARMACI型和STARMACII型的四旋翼无人机系统（如图1.4），均具有上下层控制结构，载重量可达1kg，传感器采用了IMU、GPS、声纳等模块，能够与地面站之间进行无线通讯[13][14]。
图1.4斯坦福大学的STARMACI型和STARMACII型
此外，基于美国航空航天局的支持，斯坦福大学IIanKroo和Fritz团队发展了Mesicopter项目（如图1.5）。
该项目研制了具有四个旋翼控制的微型无人机，其具有方形结构，机身尺寸仅为16×16mm，是Mesicopter无人机是世界上最著名的微型飞行器之一，并且为微型无人机的研究提供了一种新的思路[7]。
图1.5Mesicopter微型四旋翼无人机
麻省理工学院（MIT）对四旋翼无人飞行器（如图1.6）的研究较早，开展了无人机集群健康管理计划（UAVSwarmHealthManagementProject，UAVSHMP）[15]。
主要是使用地面遥控设备实现多架无人机在动态环境中协同合作并执行任务。
MIT四旋翼无人机安装有IMU惯性测量单元反馈姿态信息，以及可对周围环境感知、重建的激光扫描阵列，从而规划航迹。
在2007年，MIT已经实现利用一台地面设备控制多架四旋翼无人机协同监督和追踪地面车辆目标（如图1.7）。
另外，该项目还实现了多机协同和编队飞行（如图1.8）等实验。
图1.6MIT四旋翼无人机图1.7多无人机协同跟踪实验
图1.8MIT多无人机编队飞行实验
多旋翼无人机不仅在许多国家的高校与科研机构得到广泛的研究，越来越多的多旋翼无人机研制公司也逐渐壮大起来，在民用领域得到了广泛的应用。
一款研制较早并非常具有代表性的遥控四旋翼无人机是加拿大DraganflyerInnovations公司制造，命名为DraganflyerX-4（如图1.9）。
该四旋翼无人机采用碳纤维作为机体材料，整机重量481.1g，可载重113.2g，持续飞行16至20分钟。
利用机载的3个压电晶体陀螺仪提供自身姿态信息，而机载电子设备可利用这些信息调节4个电机的转速进行飞行器的姿态稳定控制。
图1.9DraganflyerX-4无人机图1.10MD4-200无人机
图1.10的MD4-200四旋翼无人机是德国MICRODRONES公司采用碳纤维材质制作而成，使用盘式直流无刷电机进行驱动，以及锂电池供电。
在室内和室外可实现稳定飞行与定点悬停，自推出后在欧洲市场取得巨大的成功，但主要是通过地面的操作人员进行遥控飞行。
从上述可以看出，许多国外许多研究机构成功开发了具备在简单约束环境中自主飞行能力的四旋翼无人机，但是发展在复杂环境中全自主飞行仍然是个挑战。
1.3四旋翼飞行控制器设计方法
无人机的精确航迹跟踪是实现无人机自主飞行的基本要求。
由于四旋翼无人机存在姿态与平动的耦合关系，因此实现姿态的稳定控制是实现轨迹有效稳定跟踪的关键。
对此近十年来，对于四旋翼无人机的姿态控制与轨迹跟踪控制的研究获得了众多的研究成果。
Zheng等人[16]将四旋翼无人机分为全驱动与欠驱动两个子系统，分别采用一种鲁棒终端滑模控制算法与欠驱动滑模控制算法进行轨迹控制，通过仿真实验证明两个算法的复合控制在外界干扰情况下具有准确的轨迹跟踪效果。
S.S.Cruz等人[17]首先利用Lagrange方程构建四旋翼飞行器的动力学模型，接下来设计了基于Lyapunov分析的嵌套式饱和轨迹跟踪控制算法，并证明了系统的稳定性，通过实验表明控制算法的有效性。
GomezBalderas等人[18]提出了基于视觉控制的四旋翼飞行器，首先采用牛顿-欧拉公式建立动力学模型，使用相机估计飞行器的速度与位置，并引入非线性饱和控制，最终通过实验证明了控制策略的有效性。
GonzalezI等人[19]提出了基于直流无刷电机速度反馈的姿态稳定控制器，内环控制电机速度，外环控制四旋翼无人机的姿态，并保证了闭环系统的稳定性，最终通过实验证明了该算法具有良好的姿态控制效果。
此外，还有大量的控制算法被应用于四旋翼无人机系统控制中[20]。
受到加工工艺水平以及安装过程的影响，实际的四旋翼无人机系统参数与理论计算的模型之间存在一定的偏差，尤其加入负载后，会出现质量的变化以及飞行器重心位置的偏移，这些给建立精确的四旋翼无人机模型带来了困难。
另外，在执行飞行任务中，往往处于一种复杂多变的飞行环境，如何克服未知的环境因素的影响，保证稳定、安全的飞行也是重要的控制研究问题。
因此，需要设计更为鲁棒的姿态稳定控制器与航迹跟踪控制器才适合于实际工程应用。
针对四旋翼无人机的鲁棒控制，学者们已取得了一定的研究成果。
BesnardL等人[21]考虑到了外界干扰以及四旋翼无人机的模型不确定性，提出了一种鲁棒滑模算法，该算法无高控制增益，并且计算量不大。
Raffo等人[22]提出了一种积分预测非线性鲁棒控制策略，采用模型预测控制跟踪四旋翼无人机的期望轨迹，非线性
控制器稳定飞行器的姿态内环，并且考虑了空气动力学干扰与模型参数不确定性进行了仿真实验的验证。
MuHuang等[23]针对具有模型参数不确定性的欠驱动四旋翼飞行器，设计了一种基于反步法的自适应控制算法，补偿了由质量不确定带来的影响，最终通过仿真实验证实该算法的有效性。
Satici等人[24]针对四旋翼无人机存在系统参数不确定性以及测量噪声问题，提出了一种基于L1最优控制器，从而使得四旋翼无人机系统关于干扰具有
增益最小，并利用仿真实验证实了该算法具有良好的轨迹跟踪控制结果。
1.4论文选题的意义
四旋翼无人机以其驱动力高，灵活性强以及适用场合广的特点而广泛应用于各个特殊领域，它可以代替人去执行一些相对难度较高，危险度较大的任务。
准确地执行这些任务的前提便是对四旋翼无人机自主飞行的姿态和轨迹进行稳定的控制。
在军用领域可以应用于：
军事盲区的信息获取、目标监视、敏感区域的自动监测以及特定目标的定点清除等。
在山区等复杂环境下的局部战争和冲突中，四旋翼无人机可作为侦察和攻击性的飞行平台。
此外，将四旋翼无人机装载在坦克和装甲车等传统武器上，可大大提高作战效能。
在民用领域可以应用于：
公安和警用中进行搜寻和营救，在恶劣气候条件、火灾、地震自然灾害发生时、或有毒物质泄漏等环境中，四旋翼无人机能够迅速在大范围内进行搜索，提供实时有效信息，减少人员伤亡。
此外，四旋翼无人机可以协助警方追捕、搜索和监视犯罪分子，零风险的了解犯罪分子的具体情况，必要时还可配带激光非杀伤性武器和化学失能剂武器完成对任务对象的“点杀”和“面除”。
利用四旋翼无人机平台能够对交通状况进行低成本并且高效率的监视，对高压输电线路、石油管线等进行巡查，及时了解故障状况，赢取抢修时间。
在农业方面，四旋翼无人机能够携带种子、肥料、农药等进行农田的播种、施肥、喷洒农药工作，带载光谱仪器的该无人机低空飞行可及时发现病虫害或预估农业产量，配合农民提前做好部署。
在新闻现场，四旋翼无人机可以从高空进行任意角度的拍摄，获取全面直观的新闻照片与视频。
另外，还可应用于航空测绘、空中考古、天气预报、野生动植物观察、房地产管理等众多民用场合。
目前无人机实现自主飞行控制的大多数使用的是基于视觉的方法对位姿进行估计或是在室内进行标定的前提下进行实验，无法满足在复杂场景下自主飞行的需求，自然。
因此对于四旋翼无人机的自主的姿态稳定控制和轨迹跟踪的研究具有广泛的实用意义。
第二章研究方案
2.1研究目标
本学位论文的研究目标分为以下三个方面：
1、建立的四旋翼无人机的数学模型是控制飞行器的基础，因此，需要根据其物理结构，空气动力学建立具有一定实际物理意义的动力模型，为进一步的精确姿态与航迹跟踪控制研究奠定良好基础。
现有的大多是对基于其结构的动力学模型进行分析，但是，由于传感单元和执行单元的特征导致了其存在着动态误差，所以，也需要建立较为符合实际情况的动态模型以实现更加精准的控制。
2、作为一种实际工程应用的飞行器，四旋翼无人机在执行任务中需要面对复杂的飞行环境以及自身结构存在的不稳定。
因此，结合飞行器的自身特点，设计具有强鲁棒性的姿态稳定控制器以及航迹跟踪控制器是实现自主飞行控制的基础。
针对复杂的飞行环境，设计准确有效的补偿器并对自抗干扰效果进行仿真研究和优化。
2.2研究内容
2.2.1四旋翼飞行器的基本结构和飞行原理
四旋翼无人机一般是由检测模块，控制模块，执行模块以及供电模块组成。
检测模块实现对当前姿态进行量测；执行模块则是对当前姿态进行解算，优化控制，并对执行模块产生相对应的控制量；供电模块对整个系统进行供电，如图2.1所示。
如图2.2所示，四旋翼无人机机身是由对称的十字形刚体结构构成，材料多采用质量轻、强度高的碳素纤维；在十字形结构的四个端点分别安装一个由两片桨叶组成的旋翼为飞行器提供飞行动力，每个旋翼均安装在一个电机转子上，通过控制电机的转动状态控制每个旋翼的转速，来提供不同的升力以实现各种姿态；每个电机均又与电机驱动部件、中央控制单元相连接，通过中央控制单元提供的控制信号来调节转速大小；IMU惯性测量单元为中央控制单元提供姿态解算的数据，机身上的检测模块为无人机提供了解自身位姿情况最直接的数据，为四旋翼无人机最终实现复杂环境下的自主飞行提供了保障。
图2.1四旋翼无人机组成结构图
现将位于四旋翼机身同一对角线上的旋翼归为一组，前后端的旋翼沿顺时针方向旋转，从而可以产生顺时针方向的扭矩；而左右端旋翼沿逆时针方向旋转，从而产生逆时针方向的扭矩，如此四个旋翼旋转所产生的扭矩便可相互之间抵消掉。
由此可知，四旋翼飞行器的所有姿态和位置的控制都是通过调节四个驱动电机的速度实现的。
一般来说，四旋翼无人机的运动状态主要分为悬停、垂直运动、滚动运动、俯仰运动以及偏航运动五种状态。
图2.2四旋翼无人机结构示意图
（1）悬停：
悬停状态是四旋翼无人机具有的一个显著的特点。
在悬停状态下，四个旋翼具有相等的转速，产生的上升合力正好与自身重力相等，即
。
并且因为旋翼转速大小相等，前后端转速和左右端转速方向相反，从而使得飞行器总扭矩为零，使得飞行器静止在空中，实现悬停状态，如图3.2所示。
图2.3四旋翼无人机悬停状态示意图
（2）垂直运动
垂直运动是五种运动状态中较为简单的一种，在保证四旋翼无人机每个旋转速度大小相等的倩况下，同时对每个旋翼增加或减小大小相等的转速，便可实现飞行器的垂直运动。
当同时増加四个旋翼转速时，使得旋翼产生的总升力大小超过四旋翼无人机的重力时，即
，四旋翼无人机便会垂直上升；反之，当同时减小旋翼转速时，使得每个旋翼产生的总升力小于自身重力时，即
，四旋翼无人机便会垂直下降，从而实现四旋翼无人机的垂直升降控制。
图2.4四旋翼无人机垂直运动示意图
（3）翻滚运动
翻滚运动是在保持四旋翼无人机前后端旋翼转速不变的情况下，通过改变左右端的旋翼转速，使得左右旋翼之间形成一定的升力差，从而使得沿飞行器机体左右对称轴上产生一定力矩，导致在
方向上产生角加速度实现控制的。
如图2.3所示，增加旋翼1的转速，减小旋翼3的转速，则飞行器倾斜于右侧飞行；相反，减小旋翼４，增加旋翼２，则飞行器向左倾斜飞行。
图2.5四旋翼无人机翻滚状态示意图
（4）俯仰运动
四旋翼飞行器的俯仰运动和滚动运动相似，是在保持机身左右端旋翼转速不变的前提下，通过改变前后端旋翼转速形成前后旋翼升力差，从而在机身前后端对称轴上形成一定力矩，引起角
方向上的角加速度实现控制的。
如图2.4所示，增加旋翼３的转速，减小旋翼１的转速，则飞行器向前倾斜飞行；反之，则飞行器向后倾斜。
图2.6四旋翼无人机俯仰状态示意图
（5）偏航运动
四旋翼的偏转运动是通过同时两两控制四个旋翼转速实现控制的。
保持前后端或左右端旋翼转速相同时，其便不会发生俯仰或滚动运动；而当每组内的两个旋翼与另一组旋翼转速不同时，由于两组旋翼旋转方向不同，便会导致反扭矩力的不平衡，此时便会产生绕机身中心轴的反作用力，引起沿角
角加速度。
如图2.3所示，当前后端旋翼的转速相等并大于左右端旋翼转速时，因为前者沿顺时针方向旋转，后者相反，总的反扭矩沿逆时针方向，反作用力作用在机身中心轴上沿逆时针方向，引起逆时针偏航运动；反之，则会引起飞行器的顺时针偏航运动。
图2.7四旋翼无人机偏航运动示意图
综上所述，四旋翼无人机的各个飞行状态的控制是通过控制对称的四个旋翼的转速，形成相应不同的运动组合实现的。
但是在飞行过程中却有六个自由度输出，因此它是一种典型的欠驱动，强耦合的非线性系统。
例如，旋翼1的转速会导致无人机向左翻滚，同时逆时针转动的力矩会大于顺时针的力矩，从而进一步使得无人机向左偏航，此外翻滚又会导致无人机的向左平移，可以看出，四旋翼无人机的姿态和平动是耦合的。
2.2.2四旋翼无人机自主飞行的控制
四旋翼无人机的精确航迹跟踪是实现无人机自主飞行的基本要求。
由于四旋翼无人机自身存在姿态与平动的耦合关系以及模型参数不确定性与外界扰动，因此只有实现姿态的稳定控制才能完成航迹的有效跟踪。
在四旋翼无人机的自主控制系统中，姿态稳定控制是实现飞行器自主飞行的基础。
其任务是控制四旋翼无人机的三个姿态角（俯仰角、滚转角、偏航角）稳定地跟踪期望姿态信号，并保证闭环姿态系统具有期望的动态特性。
由于四旋翼无人机姿态与平动的耦合特点，分析可以得知，只有保证姿态达到稳定控制，才使得旋翼总升力在期望的方向上产生分量，进而控制飞行器沿期望的航迹方向飞行。
而四旋翼无人机的姿态在实际飞行环境中回受到外界干扰和不精确模型的参数误差、测量噪声等未建模动态对控制效果的影响。
所以，需要引入适当的观测器和控制器对总的不确定性进行估计和补偿，并对其估计的误差进行补偿，来保证四旋翼无人机在外界存在干扰下对姿态的有效跟踪。
四旋翼无人机的姿态控制应根据其实际的工作特性以及动力学模型，进而针对姿态的三个通道（俯仰，翻滚和偏航）分别设计姿态控制器，每个通道中都对应引入相应的控制器，其流程如下所示。
图2.8姿态控制器结构图
此方法可以基本保证每个通道的实际姿态值跟踪上期望值。
但是，在只考虑对模型本身进行控制时，没有考虑到外部不确定性对闭环系统的影响。
微小型无人机在飞行时，由于机体较小，电机的振动较强，很容易受到外界环境的干扰。
因此，整个通道中必然存在不确定因素，比如模型误差、环境干扰、观测误差等，这些不确定性将降低系统的闭环性能。
所以在设计无人机控制系统时，必须要考虑系统的抗干扰性能，即闭环系统的鲁棒性[67]。
因此需要设计一定的干扰补偿器对干扰进行逼近和补偿，以实现姿态角的稳定跟踪，如文献[174-188]分别采用基于神经网络的方法对非线性系统开展控制研究或用于估计系统中的不确定项，取得了良好的效果。
其结构如下所示：
图2.9带有补偿器的姿态控制器结构图
只有在保证飞机姿态可以保持稳定才能进一步讨论如何控制路径保持稳定，在时间尺度上进行分析，飞机的姿态角变化的频率要大于飞机位置的频率。
所以，针对轨迹跟踪应当使用内外双环控制，内环控制姿态角，外环控制位置。
2.2.4四旋翼无人机稳定控制算法实用性分析
以上从理论角度分析了对姿态稳定控制的可行性，但是由于非线性控制器计算量过大，比如反步法涉及到其系统之间众多虚拟控制量的求导。
并且，观测器的参数需要在线进行计算和更新，更进一步大幅度增加了控制器的负担。
而四旋翼无人机作为一种微型飞行器，其机上运算能力有限。
因此上述的基于反步法的非线性控制器暂时难以实现，限制了该控制器的实用化。
为了最后实现无人机姿态的稳定控制，需要从实用性的角度，利用对干扰进行观测的思想，设计一个易于工程实现的姿态控制器。
分析可知控制器应满足以下条件：
（1）实时性：
反应速度快是无人机的一大特点，其控制器必须对期望信号和外界干扰信息的响应时间短，迅速作出控制策略。
其中算法的复杂性和计算过程的复杂性将直接影响到无人机的实时响应速度。
（2）自适应性：
无人机的结构特性是时变的，如果控制算法过度依赖于无人机的数学模型，那么其控制的精度势必会受到这些参数改变的影响。
因此，对无人机动力的关键模型的建立以及其余干扰项的分析。
因此，不仅要在理论的基础上对基于反步法的非线性控制器进行仿真分析，并针对补偿器设计出合理高效的自适应算法，同时也要针对其实用性进行修改，最后可以工程实现。
2.3拟解决的关键问题
2.3.1无人机数学模型的建立与仿真
四旋翼无人机虽然结构简单，但是其仅使用四个驱动单元实现六个自由度的运动则显示出了其机动上的欠驱动性和耦合性。
因此对其数学模型的准确建立是研究其运动特性的先决条件。
1、电机的数学模型的建立
电机是无人机的直接驱动单元，其特性将直接影响着无人机的运动特性。
而电机作为执行器，必然存在着迟滞和饱和等性能限制，如何准确的将其特性表达出来是十分重要的。
2、无人机运动数学模型的建立
在设定的坐标系下建立四旋翼无人机的四个电机的转速和其姿态之间的关系式是研究控制方案的先决条件。
不能为了实现的简单而将一部分关键的特性忽略，或是为了过度精准的描述而将所有因素全部考虑，这都不利于模型的建立以及之后对模型的使用。
因此，建立一个精准且复杂度适中的模型是将其所有关键运动特性表达出的前提也是实现精准控制的前提。
3、仿真平台的建立
将推导出的数学模型在数学仿真软件上进行表述和仿真是对其正确性验证的重要手段，也是之后实现对其控制仿真的前提之一。
2.3.2四旋翼自主飞行抗扰控制器的设计与仿真
受加工工艺水平以及安装使用过程中的影响，其无人机的系统参数和理论计算的模型之间必定存在着一定的偏差。
同时，在执行轨迹跟踪任务中，无人机往往处于一种复杂多变的飞行环境。
因此，如何克服未知的环境和系统参数影响，保证稳定安全的飞行也是重要的测控研究问题。
1、四旋翼无人机的姿态解算
任何控制方法只有在对自身状态参数的准确测量的基础上，才能产生有效的控制策略。
无人机通过加速度计，陀螺仪以及磁强计对自身当前的姿态角和速度进行测量以及解算。
但是，其测量值势必受到传感器性能和机体工作时振动的影响，因此，设计相应的滤波器将其干扰信号尽可能的滤除则是稳定控制无人机的基础。
2、四旋翼无人机的姿态稳定控制
由于无人机的姿态和平动是耦合的，其姿态的变化势必带动着机体的平动，因此，只有在稳定控制姿态的基础上，才能对其位置进行控制。
而在飞行过程中势必会受到环
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