四旋翼飞行器结构简单、性能出色,特别是其在三维空间中的灵活性与稳定性,吸引了各领域人士的关注。人们对四旋翼飞行器的研究热情就像是上个世纪对二维地面小车一样狂热。搭载有不同载荷的四旋翼飞行器可以用来进行三维地图构建、环境探索、货物运输、辅助农业、安全监控等工作。而提供可靠的飞行平台,保证飞行的稳定性是我们控制学科的研究重点。本文针对作业型四旋翼平台就以下内容进行展开:1.基于Pixhawk开源飞控搭建飞行器实验平台,利用刚体动力学分析方法对四旋翼飞行器进机理行建模,给出位姿驱动方程。结合原有导航方案,给出一套基于卡尔曼滤波的多传感器组合导航框架,并且根据机身携带传感器修改飞行器导航部分,得到精确的飞行器位姿估计。2.因为四旋翼飞行器具有很强的非线性,并且会受到桨叶挥舞以及诱导阻力等现象带来的扰动,所以开源飞控中原有的基于线性小角假设的串级PID控制器很难保证飞行性能。中科院系统所韩京清教授提出的自抗扰控制器(ADRC)是估计补偿不确定性因素的控制技术,在相位上有超前的特性,对于参数不确定,时变非线性系统有很好的控制效果,同时对外部扰动也有很强的鲁棒性。本文将自抗扰控制器引入四旋翼飞行器平台,设计了基于非线性姿态表述的自抗扰控制器。并引用线性系统中带宽思想,简化参数整定过程。3.针对作业型飞行器平台,给出了几种常见的空中作业轨迹。设计线性与非线性轨迹跟踪控制器,同样把自抗扰控制中扰动观测的方法加入轨迹跟踪控制,补偿空气阻力以及作业负载在作业过程中给四旋翼平台带来的扰动。并以一个二维四旋翼悬挂负载仿真验证本文提出的控制器行之有效。4.本文不仅在理论上总结提出一套可靠的飞行器平台方案,更重要的是在真实平台中取得不错的实验效果。相关实验视频在优酷频道(http://i.youku.com/i/UNjI4NjAwMTM2/videos?spm=a2hzp.8253876.0.0)中,可在线浏览。总结理论与实验经验,分析搭建一套稳定的四旋翼平台的关键点,并对未来工作进行展望。