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四旋翼飞行器是一种结构对称、质量轻盈、能够完成自主起飞、降落、悬停、倒飞的飞行设备。四旋翼的诸多优点,吸引着科研院校和科技公司的广泛关注。但是四旋翼具有非线性、强耦合、欠驱动、干扰敏感的特性,这对四旋翼的稳定控制带来很大挑战。本文以Qba112四旋翼飞行器为研究对象,旨在设计具有抗干扰性和强鲁棒性的控制器。本文完成的主要内容有:首先介绍了 Qba112四旋翼飞行器的主要组成部件和飞行原理,并对四旋翼的受力情况进行分析,结合牛顿第二定律和角动量定理推导出四旋翼的数学模型。综合四旋翼飞行器的数学模型和飞行原理,设计了位置外环-姿态内环的双闭环控制策略。其次,针对传统PID控制器鲁棒性和抗干扰性较差的缺点,通过引入积分阶次λ和微分阶次μ对PID控制进行改进,设计了分数阶PID控制器,并采用改进近似法得到分数阶微积分算子sμ的有理化实现。通过姿态控制和位置跟踪仿真验证了分数阶PID控制器具有较好的动态性能和较强的抗干扰性,并对比了参数摄动情况下PID和分数阶PID的控制效果,验证了分数阶PID控制器较好的动态性能和较强鲁棒性。再次,为了克服自抗扰PD控制器在参数摄动时的影响,利用分数阶PD替代传统自抗扰PD控制器,并采用测量值取代观测值对反馈控制律进行改进。改进的分数阶PD自抗扰控制器应用于四旋翼飞行器的姿态及位置控制,仿真结果显示,分数阶PD自抗扰控制器相对于整数阶PD自抗扰控制器具有更好的快速性。在系统参数摄动情况下,分数阶PD自抗扰控制器的调节时间和超调量变化均较小。在控制器参数摄动情况下,分数阶PD自抗扰控制器的调节时间变化幅度更小,显现更强的鲁棒性。最后,将所设计的分数阶PID控制器应用于Qba112四旋翼的姿态和高度控制,并取得满意的控制效果。在四旋翼悬停实验时,为充分利用实验平台采集的高度微分信息,通过设计二阶低通滤波器提取高度给定值的变化率,对实际值和给定值变化率的差值进行比例控制,从而替代分数阶PID控制器的微分项。通过对比证实了二阶滤波提取变化率具有更小的稳定时间和静态误差。之后,将分数阶PD自抗扰控制器应用于Qba112四旋翼的姿态和高度控制。