随着科技进步,传感器微型化发展,微控制器成本越来越低,而性能越来越强大,现代控制理论技术的成熟,促进了四旋翼飞行器的发展。又因为四旋翼飞行器机械结构简单,制作成本低,在空中机动灵活亦可稳定悬停等特点,因此吸引许多研究机构对其控制器进行设计。本文对四旋翼的研究主要分为两方面工作:理论研究和实验平台验证。(1)控制策略研究。四旋翼飞行器的功能基础为姿态控制技术,现在绝大多数开源飞控控制器为PID算法,为寻求更优的控制效果本文引入自抗扰控制器(ADRC),进行理论仿真研究;首先,对扩张状态观测器(ESO)进行理论分析,对扩张状态观测器中的非线性fal函数进行改进,得到改进型faln函数,并对改进后的状态观测器进行收敛性判断;然后,将传统的fal函数与改进型faln函数进行仿真实验对比,以验证改进型faln函数能够更好地达到“大误差,小增益”的效果;最后,将改进的faln函数应用于四旋翼飞行器姿态控制,仿真结果表明,改进后的faln函数具有比传统fal函数更优的抗扰效果。(2)实验平台验证。本文搭建了双核控制的四旋翼物理实验平台,实验平台嵌入了小型实时操作系统FreeRTOS,方便以后功能的扩展和移植,并在修改控制算法时减小工作量;姿态解算部分和控制器部分分别位于两个处理器,减小单个处理器的处理压力。在四旋翼实验平台上分别实现了串级PID控制算法和PID和自抗扰串级控制算法,从内环控制试验中采集角速度控制数据,从双环串级控制试验中采集角度控制数据,对控制效果进行了对比,内环采用自抗扰控制算法的控制策略跟踪效果和跟踪速度优于串级PID控制算法。