1．目的及意义

无人机是一种通过无线电遥控设备或自备程序算法自行控制的不载人飞行器。近30年的时间里，随着微电子技术、通信技术、材料及推进系统等技术的迅猛发展，无人机得到了迅速的发展。

在无人迅猛发展的同时，能够垂直起降的无人机备受关注，其中发展最快、研究最多的是四旋翼无人机。它具有其他固定翼无人机无可匹敌的优越性，其在军事领域常用于执行侦察、目标截获、监视、通信中断等各种具有软硬杀伤性的任务；在商业领域常用来执行航拍电影取景、实施监控、地形勘探等飞行任务；在研究领域常被研究人员用作测试和评估多个不同领域新思路的一个有用工具，例如测试飞行控制、导航、实时系统和机器人等。

四旋翼无人机的结构与普通的单旋翼无人机设计不同，飞行器只能通过改变两对螺旋桨的转速来实现各种姿态的变化，通过四个螺旋桨的升力来实现各种飞行轨迹的控制。与传统的无人机相比飞行器具有如下几种优势：

1、体积小、重量轻，并且可以灵活的垂直起降

2、易于控制，具有很好的机动性，并且能够快速进行姿态控制。

3、结构简单、造价低廉，并且适用于一些比较危险的场合。

四旋翼无人机具有相互交叉的两对旋翼，通过控制旋翼的转向和转速，可以抵消每对螺旋桨产生的反桨扭矩。此外还可以通过调节两对旋翼的转速改变其扭矩大小和升力，实现对飞行姿态的控制，而不需要调节繁杂的机械装置，从而减轻了飞行器重量、减少了飞行器的体积、提高了其负载能力。

四旋翼无人机最重要的性能是飞行的稳定性，而飞行平稳需要一个稳定的控制系统，控制系统的好坏决定了四旋翼飞行器飞行状态的优劣。因此对四旋翼无人机的控制方法进行研究和改进对于四旋翼无人机的发展有重大帮助

四旋翼无人机的数学模型较为复杂，对外界环境的变化很敏感，并且具有多输入、强耦合、多变量、欠驱动等特点，其控制算法具有一定难度，因此它的使用受到了限制。针对这一困难，目前的四旋翼无人机的控制方式大多采用传统的经典PID控制方式。经典的PID控制算法的适应性强，被广泛的使用在各种工业领域，其中就包括对四旋翼无人机的控制。采用传统的PID控制方法，易于实现对无人机的控制，在此基础上还要尝试对传统PID方法进行改进，提升四旋翼无人机的稳定性。{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}

本次设计首先要在理解无人机的结构和飞行原理的基础上，完成对四旋翼无人机运动的数学建模，然后基于传统PID方法进行飞行控制系统设计，完成仿真实验和结果分析。接着对传统PID方法进行改进，使用改进的方法完成飞行控制系统设计，同样进行仿真实验和结果分析。最终将两种方法进行对比分析，分析两种方法对于影响无人机稳定性的各种参数的影响。最终总结四旋翼无人机飞行控制系统设计的经验。

系统设计框图如下：