随着飞行技术的发展与成熟,四旋翼飞行器凭借低成本、高性能、独特构造等特点被广泛应用于各个领域。由于动力系统的选用和安装都会影响到动力系统模型,故直接采用机理建模方法过于麻烦且准确性不高。以机理模型为基础,利用四旋翼飞行器室外实际飞行数据,研究辨识四旋翼飞行器广义姿态动力学模型,辨识得到的广义姿态估计模型可为各种现代先进控制器设计提供模型依据。本文首先根据飞行原理建立四旋翼飞行器广义姿态机理模型,为广义姿态模型辨识提供了先验信息。先后研究了两种广义姿态模型辨识方法,在分析系统模型结构的基础上,讨论了闭环可辨识性问题。在四旋翼飞行器系统控制器未知且只能获取前向通道的输入输出数据的情况下,使用预报误差闭环辨识方法。根据仿真采集输入、输出数据辨识获得四旋翼飞行器广义姿态估计模型。并研究了基于互质因子的闭环子空间辨识方法,构造了系统变量带误差(errors-in-variables,EIV)闭环辨识框架,通过采集的参考输入数据和输入输出数据,根据参考输入到系统输入、输出构造互质因子(coprime factor,CF)模型,使用子空间辨识方法,辨识获得四旋翼飞行器估计广义姿态估计模型。然后设计飞行实验,在室外采集飞行实验数据进行辨识研究。通过室外飞行实验采集系统输入PWM信号和输出姿态数据,输入为四个电机产生三个通道的转矩,所以使用四三变换法将四个通道的PWM信号转换为三通道的输入信号。由于辨识实验是室外环境中飞行而并非固定的实验平台模拟飞行,所以采集飞行数据时一些干扰噪声如随机风直接会影响飞行器正常飞行,采集的数据也并非理想飞行状态下的输入和输出数据,这些对广义姿态模型的辨识精度会有直接影响,导致辨识研究有一定的挑战性。因此,本文设计了相关分析方案对输入输出数据进行预处理,使噪声影响达到最小。然后结合实际四旋翼飞行器控制系统中控制器模型未知的情况,研究了预报误差闭环直接辨识方法和闭环间接辨识方法,设计了一种扩展Hankel降阶法,用于获得广义姿态模型的CF模型,最后利用双线性变换法分别辨识获得四旋翼飞行器的连续时间广义姿态估计模型。辨识获得的广义姿态估计模型精度需要进一步验证,本文通过模型检验证明了辨识模型的准确性。首先利用辨识模型绘制Bode图,对比验证了机理模型和估计模型的精度;然后使用不同的数据段对估计模型进行拟合;最后通过再设计回路成形鲁棒控制器的方法验证了模型精度。验证结果充分证明了辨识获得的广义姿态模型的准确性,也进一步说明了辨识方法的可行性。