四旋翼飞行器具有机械设计简单,坚固耐用,体积小成本低,易于携带传感器、相机等优点。特有的悬停能力和垂直起降的特点使其在军用领域和民用邻域的使用愈加普遍化。在四旋翼飞行器路径规划过程中,由于三维环境的复杂程度比二维环境高,且目前大多数路径规划算法都基于二维平面,因此在三维环境下进行路径规划会导致难度陡增。由于四旋翼飞行器是一个高度非线性的多变量系统,其具有六个自由度和四个执行器,是一个欠驱动非线性系统。造成了四旋翼飞行器控制系统的轨迹跟踪能力和稳定性较差。根据存在的问题,本文对四旋翼的路径规划与控制展开以下研究:1.针对四旋翼结构的独特性以及其在飞行过程中需遵循的基本原理进行了简要说明。在此基础上推导出转换矩阵,通过相关理论建立用于描述四旋翼的动力学和运动学的数学表达式,为接下来控制部分系统的搭建做理论参考准备。2.对A*算法进行改进,提出二层扩展邻域搜索策略,通过增加搜索方向进一步缩小最短路径;并基于扩展邻域搜索策略改进启发函数,使启发函数值更接近实际规划路径距离,降低额外扩展节点,最后采用改进A*算法对四旋翼飞行器进行全局路径规划。针对A*算法产生的路径在转弯处存在较大航向突变,采用B样条对路径进行平滑处理,得到一条平滑轨迹。3.对PID控制算法的控制原理和转换为数字PID的方法简单描述,在此基础上参照四旋翼的数学表达式搭建了串级PID控制器。由于串级PID控制器的姿态角波动范围较大,因此提出将改进模糊PID控制器用于姿态控制。通过仿真结果分析,四旋翼可以稳定地完成轨迹跟踪,并具有良好的稳定性。4.在matlab端搭建用于为四旋翼路径规划的算法,在simulink端搭建对四旋翼进行控制的控制模型,在V-REP端搭建四旋翼飞行器的仿真环境,添加障碍物与飞行器模型。最后在V-REP端和matlab端设置通信接口,实现matlab与V-REP的联合仿真。对实验结果进行分析,验证了四旋翼飞行器路径规划和轨迹跟踪的可行性。