【摘 要】
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近年来，随着科学技术的高速发展和信息化时代的来临，四旋翼飞行器的研究控制问题越来越成为控制领域的研究重点和热点。与载人飞行器相比，四旋翼无人飞行器具有体积小巧、成本低廉、结构简单、机动灵活等突出特点，因此无论在军用还是民用领域都大有可为，发展前景十分广阔。因为四旋翼无人机具有多变量、非线性、强耦合、欠驱动等特性，所以对四旋翼飞行器的姿态和位置控制系统的设计研究较为复杂但意义重大。本文的设计目标是：基于鲁棒自适应PD控制策略，设计四旋翼飞行器容错跟踪控制系统，在外部扰动和执行器故障可能发生的情况下，使飞行器
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近年来，随着科学技术的高速发展和信息化时代的来临，四旋翼飞行器的研究控制问题越来越成为控制领域的研究重点和热点。与载人飞行器相比，四旋翼无人飞行器具有体积小巧、成本低廉、结构简单、机动灵活等突出特点，因此无论在军用还是民用领域都大有可为，发展前景十分广阔。因为四旋翼无人机具有多变量、非线性、强耦合、欠驱动等特性，所以对四旋翼飞行器的姿态和位置控制系统的设计研究较为复杂但意义重大。本文的设计目标是：基于鲁棒自适应PD控制策略，设计四旋翼飞行器容错跟踪控制系统，在外部扰动和执行器故障可能发生的情况下，使飞行器始终保持良好的容错能力和鲁棒性能，以保证飞行器系统的控制性能和安全性。本论文完成的主要研究工作如下所述：
①简单概述四旋翼无人飞行器的发展过程和研究现状，介绍其在各个领域的应用及成果，对飞行器系统的主流控制方法进行介绍并分析其利弊，指出鲁棒自适应PD控制算法对于四旋翼飞行器实现稳定跟踪控制的影响及意义。
②分析四旋翼无人机的飞行原理，介绍其结构特点，根据Newton-Euler方程建立四旋翼飞行器的动力学数学模型，在此基础上，得到位置控制子系统和姿态控制子系统的状态空间描述。分析飞行器飞行过程中执行器可能发生的各种故障，建立执行器故障数学模型。
③根据建立的四旋翼飞行器数学模型，基于经典PID控制理论设计内环姿态控制器和外环位置控制器，从而实现对姿态和位置的稳定跟踪控制，并在Matlab/Simulink环境下搭建飞行器系统仿真模型，进行仿真验证，根据所得结果分析其控制效果。
④在外部扰动和执行器故障存在的情况下，设计鲁棒自适应PD控制器，实现最终一致有界稳定跟踪，利用李雅普诺夫稳定性定理验证其稳定性和可行性。
⑤将自适应PD控制器应用于四旋翼飞行器系统，使位置和姿态子系统在外部扰动和执行器故障存在的情况下可实现稳定跟踪控制。在Matlab/Simulink平台下搭建系统仿真模型，调试参数并进行仿真实验，根据仿真结果，与经典PID控制下的飞行器系统的控制性能进行比较分析，验证其良好的鲁棒性和容错能力。
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