Thirdly, under certain conditions to establish the dynamics model of the system, and the six degrees of freedom dynamic equations is deduced. 

Finally, according to the characteristics of the four rotor flight system, the classic PID controller is designed, and by using MATLAB/Simulink software to build the simulation model of the system, and the simulation results verify the effectiveness of the proposed control method. 

Keywords Four-rotor Aircraft  underactuated system  PID control  MATLAB/Simulink

目    次

1  引言 1

1.1  课题研究背景 1

1.2  四旋翼飞行器的历史和发展现状 3

1.3  四旋翼飞行器的特点 6

1.4  主要控制方法 7

1.5  研究意义和应用前景 8

1.6  研究难点及关键技术 12

1.6.1  四旋翼飞行器的控制难点 12

1.6.2  四旋翼飞行器发展的关键技术 12

1.7  本文主要研究内容和组织结构 14

2  四旋翼飞行器系统结构原理 15

2.1  飞行器的结构 15

2.2  飞行器的飞行原理 15

2.3  飞行器坐标系 19

2.3.1  坐标系统的定义 19

2.3.2  飞行器的姿态角 20

2.3.3  坐标系的转换 21

2.4  本章小结 22

3  电磁四旋翼飞行器动力学模型的建立 23

3.1  假设条件 23

3.2  四旋翼飞行器的动力学方程 24

3.3  本章小结 26

4  四旋翼的PID控制器设计及仿真 27

4.1  PID控制算法 27

4.2  PID 控制器各项的作用 28

4.3   控制结构分析 29

4.3.1  总体控制系统结构 29

4.3.2  各子系统内部结构 31

4.4  仿真实验 33

4.4.1  仿真软件介绍 33

4.4.2  仿真结果与分析 34

4.5 本章小结 35

结  论 36

致  谢 37

参考文献 38

1  引言

1.1  课题研究背景

无人机（UAV）是指具有动力装置，不载操作人员的飞行器。它利用空气动力来承载飞行，可利用自备的程序控制装置自主飞行或利用遥控设备操作、可一次或多次重复回收使用的飞行器，可分为固定翼式和旋翼式两大类[1]。近年来，无人飞行器在现代社会中发挥着越来越重要的作用，它在军事和民用上的广泛应用前景使得世界各国竞相展开对无人飞行器的研究。在军事上,无人飞行器可以作为空中侦察平台和武器平台，通过携带不同的设备，执行侦察监视、激光制导、通信中继、电子干扰、战斗评估、目标定位、精确打击、定点轰炸等任务。甚至可以拦截战术导弹和巡航导弹，代替人在核生化地区或其他特殊条件下执行作战任务。在民用上，无人飞行器可应用于场区监控、电力线路巡查、气象探测、公路巡视、勘探测绘、电影特技、航空摄影、交通管理、森林火灾救防等。无人飞行器最大的好处在于可以靠近危险以及人不易接近的地方，它相比于有人驾驶飞机更便宜，更安全[2]。