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四旋翼飞行器是一种拥有六自由度的旋翼飞行器,凭借其简单的结构以及良好的飞行性能在民用和军事等领域得到了广泛的应用。与此同时,其四输入、六输出的结构特点使得四旋翼飞行器飞行系统成为典型的多变量、非线性、强耦合的欠驱动特点。本文根据四旋翼飞行器的运动学特性以及动力学原理建立其数学模型,并将国内外一些先进以及经典控制方法应用在实验室四旋翼飞行器实验平台。以四旋翼飞行器数学模型为基础结合国内外先进方法设计基于滑模控制以及自抗扰控制方法的控制器,为优化自抗扰控制器参数整定问题,为扩张状态观测器设计模糊规则。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证算法的有效性,并且在Quanser四旋翼飞行器实验平台进行实验验证。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)针对Quanser四旋翼飞行器实验平台,根据四旋翼飞行特性建立其空气动力学模型,结合力学定律以及力矩定理推导出四旋翼飞行器数学模型。(2)针对四旋翼飞行器飞行过程的稳定性问题,结合四旋翼飞行器数学模型,设计快速终端滑模控制器。对终端滑模控制过程中系统奇异值问题展开研究,将传统的终端滑模面进行优化改进,为四旋翼飞行器系统设计全局非奇异形式的快速终端滑模控制器。最后根据李雅普诺夫方法证明所提算法的稳定性,并在Quanser四旋翼飞行器实验平台进行实验,验证所提算法的有效性。(3)研究自抗扰控制器的三大基本组成,设计基于ADRC技术的四旋翼飞行器控制系统框架。针对自抗扰控制器的各个主要结构做详细分析。再此基础上为四旋翼飞行器设计基于自抗扰控制方法的控制器。针对自抗扰控制算法实际应用中的参数整定问题,将自抗扰控制技术与模糊控制理论相结合。为扩张状态观测器设计模糊规则。最后将本章提出的控制方法在Quanser四旋翼实验平台进行实验。(4)滑模变结构控制方法在具有不确定项的非线性系统控制中有着良好的控制品质。而自抗扰控制对于系统内外扰动具有良好的抑制作用。本章将自抗扰控制技术与滑模变结构方法相结合设计基于模糊扩张状态控制器的固定时间滑模控制策略。对于系统存在的模型不确定问题以及飞行环境中存在的扰动问题,利用扩张状态观测器进行动态补偿,针对扩张状态观测器参数整定难题,为其设计模糊规则进行优化实现扩张状态观测器参数的在线整定。最后将本章提出的控制方法在Quanser四旋翼实验平台进行实验。