四旋翼是多旋翼飞行器的一种,相对于其他飞行器而言,它具有体积小、重量轻、灵敏性好、可垂直起降的特点。尽管四旋翼飞行器具有以上优点,然而其动力学模型的强非线性和耦合特性,要求控制器具有强鲁棒性和稳定性。针对此问题,本文主要围绕四旋翼飞行器的动力学建模和控制系统设计方法开展研究。(1)基于牛顿-欧拉方程建立四旋翼飞行器的动力学模型。忽略其在低速下的阻力参数,并假设四旋翼飞行器是完全对称的刚体等条件,简化模型。(2)考虑PID控制方法不依赖于模型、应用广泛等特点,设计了适用于四旋翼飞行器的线性PID控制器和PD控制器。控制器设计基于系统俯仰、滚转和偏航通道是相互分离的子系统,且每一个通道都有各自的输入。(3)应用基于滑模控制算法的控制方法设计四旋翼飞行器控制系统,假设期望跟踪轨迹由四旋翼飞行器的质心坐标产生,由位置信息推导出飞行器的俯仰角和滚转角,偏航角直接给出。最后用李雅普诺夫理论验证控制器的稳定性。(4)分别基于H_∞回路成型和固定结构H_∞控制两种方法设计了四旋翼飞行器的俯仰、滚转、偏航通道控制器,比较了两种控制方法的设计过程和控制效果。同时,论文针对不同控制方法的鲁棒性进行了研究,通过MATLAB数值仿真,比较了不同控制器的鲁棒性和抗干扰性。