四旋翼飞行器作为多旋翼无人机的一种,最大的特点是能够垂直起降和自由悬停。与固定翼相比,旋转翼无人机具有体积小、重量轻、操作简单、起降方便等优点。四旋翼飞行器通过控制四个螺旋桨的转速来实现各种飞行控制,因而对控制系统有较高的要求。近些年来,一些控制算法不断被提出,但平稳性、快速性、鲁棒性和准确性还不能完全满足实际的需要。本文设计了一种新的控制算法对四旋翼飞行器进行控制,完成的主要工作如下:首先简述了课题背景和研究意义,四旋翼飞行器的发展历程及国内外研究现状,并对一些常用的控制算法进行简单概述,对于研究中用到的定理、公式和概念进行简述,为后文的控制器设计和控制参数求解打下理论基础。其次,根据四旋翼飞行器的结构特点和工作原理,对其进行动力学分析,进而得到动力学模型,列出方程组,并且在平衡点附近进行模型线代化,得到状态空间表达式。然后,研究得出基于伺服补偿和LQR的动态输出反馈控制器的设计方法。设计出控制系统整体方案及框图,伺服补偿器的引入,可以抑制外部信号对于跟踪误差的影响,实现无差跟踪;运用区域极点配置方法设计出了动态输出反馈控制律;通过线性最优二次型方法,实现了对控制系统的综合优化;运用线性不等式方法求解控制器参数。最后,运用设计的控制算法对四旋翼飞行器进行仿真,在俯仰运动、垂直机动以及圆周运动工况下都得到较为满意的仿真效果。对系统抗干扰能力和鲁棒性进行检测,仿真结果表明控制系统在各方面表现良好,达到预期效果。本控制系统运用伺服补偿器,采用动态输出反馈的方法设计出的控制器具有以下优点:1)可以实现对外部信号的无差跟踪控制;2)系统响应速度快、过渡过程平稳;3)较好的鲁棒性。