一、 四旋翼飞行器的概述

四旋翼飞行器同时也叫四旋翼无人机，国外又称（Four-rotor，4 rotors helicopter，X4-flyer，Quad-rotor）等等，是一种能够垂直起降的飞行器，它具有四个螺旋桨，并且四个螺旋桨呈十字形结构分布，同一轴向的四旋翼具有相同的旋转方向，两组螺旋桨的旋转方向相反。其拥有的四个动力组旋翼通过不同方向旋转而进行飞行、悬停、转向等动作。四旋翼飞行器是具有四个输入力和六个坐标输出的欠驱动动力学旋翼式飞行器。具有垂直起降，悬停、倒飞、侧飞，结构简单，控制灵活的优点。四旋翼飞行器电机平衡驱动，飞行时震动更小、稳定性更高，应用于军事上，可配备相机或者摄像机，完成低空的侦察任务，监视战场进行损伤评估等。在警用方面已有俄罗斯警察将其应用于反恐任务，在复杂的环境中监视犯罪分子的活动。在民用方面可以实现大气监测、交通监控、森林防火等功能。

二、四旋翼飞行器的研究现状

早在上个世纪中叶，四旋翼飞行器就已经受到了海外一些研究机构的瞩目。四旋翼飞行器虽然机械机构与飞行原理都很简单，但对传感器类与控制理论上的要求非常高，所以一直到本世纪初期， MEMS 传感器技术及嵌入式控制系统科技的高速发展使得四轴飞行器的研究终于得到了突破。特别是欧美的一些先进国家，在小型，超小型无人机研究领域中，四旋翼飞行器已逐步取代直升机式无人机，成为无人机的主流。欧洲以及美国都有他们的科研团队，其中 Microdrones 的产品性能最为稳定，价格也比较昂贵。其缺点是因为采用的是低转速的电机，抗风性能差，载重能力差，只能载重 200g 以下的数码相机，很难搭载其他的传感器来执行任务。Draganfly 虽然是最早推出产品的公司，但他们的产品在机动性能和抗风性能上始终没能让飞行操作者满意。MikroKopter 公司走的是 DIY 路线，供应散件由用户自己组装，同时在网上公布一些电路图与源程序代码。虽然在驱动与控制上都存在着缺陷，但是因为成本低，受到了广大飞行器爱好者的青眯。中国大疆创新公司是最近几年兴起的一架无人机公司, 作为全球顶尖的无人机飞行平台与影像系统自主研发和制造商, 大疆创新的研发实验室里已经储备了未来 2-3 年的最新科技，持续融入自己的创造力和想象力，填补了国内外多项技术空白，并成为全球同行业中领军企业,其销售额占全球的一半。

中国国内对多旋翼无人机的开发起步较晚，至今仍然远落后于欧美与日本。代表性的机构有南航、北航、国防科技大学、中南大学、哈工大等。大多数的无人机科研机构至今仍然停留在理论探讨及模拟上。南航、北航等少数科研机构虽制作出了样机，但因缺乏多旋翼机控制上的核心技术与经验，无法得到满意的飞行性能，至今尚未有性能稳定的多旋翼无人机研制成功的报道。

三、四旋翼飞行器控制算法的研究现状

近几十年来，飞行控制技术发生了许多变化，经过学者们的努力，提出了许多典型的控制算法，常用的算法如下：

1.PID控制

PID是一个闭环控制算法，PID控制器由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节组成。在文献[17]中，提出了两种控制算法：经典PID和现代LQ控制。PID控制算法是基于动力学简化模型，忽略陀螺效应和交叉耦合。而LQ是基于一个更完整的系统模型，对每个状态进行线性化。文献[3]采用了经典PID控制与模糊PID控制做对比的方法，验证出模糊PID比经典PID对于控制四旋翼更加稳定。文献[1]采用内外环控制的结构，内环回路采用自抗扰控制(ADRC)，外环回路采用经典PID控制的方法。文献[9][10]都是先利用尔卡曼滤波器得到较精确的姿态角，然后进行PID控制。

2.模糊控制