1。1 概述

无人驾驶飞机简称“无人机”（UAV），是利用无线电遥控设备或自带的飞行控制器操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机。

早在1914年，由于战争的需求，英国的卡德尔和皮切尔两位将军提议，研制一款不用人驾驶，而用无线电控制的小型飞机，用于在敌方上空投放炸弹。这个项目由A。M。洛教授负责，称为“AT计划”。1917年，英国试飞了第一架无人机“空中靶机”，但由于技术原因导致试飞失败。同样出于军队武器研发的目的，美国也进行着无人机的研制工作。当时，美国研制的无人机有，由陀螺仪发明者斯佩利和飞机设计师寇蒂斯合作设计的“空中鱼雷”，此无人机是第一次试飞成功的无人机；还有由通用公司研制的“凯特林飞虫无人机”。此后，随着科学技术的发展，无人机的研发水平也得到了相应的提高。新型无人机在速度、航程和机动性等特性上都得到了较大的提高，使其具有更高的可用性，而其相比于载人

飞机，具有机身小，成本低，适应性好和无操纵人员等优势，故可代替载人飞机在一些特殊环境下使用。

现阶段的无人机，在军事方面的应用已经非常的多样了，如进行战场监视、情报侦察和对地攻击等任务。此外，随着技术的发展，无人机也在民用方面得到了越来越多的使用。如，无人机可以在森林上空巡视，进行火灾预防；在自然灾害发生时，无人机可以进行现场情况拍摄，从而帮助救灾人员获取现场信息；还有可以进行地理测绘、气象观察。

上述大多数应用场景使用的无人机和提及的无人机都是固定翼无人机。因为固定翼无人机控制实现比较简单，且由于其结构导致其抗风性比较强，所以早期无人机中固定翼研究的比较多，且目前技术较成熟，应用比较多。而旋翼型无人机，在这些年，航空电子、机电系统和智能控制技术的不断发展下，和其可以应用于许多固定翼无人机无法应用的场景，逐渐成为现阶段无人机领域的一个研究热点。论文网

四旋翼无人机是旋翼型无人机中的一种，通常的结构是具有四个旋翼，对称

地分布于飞行器支架端的前后、左右四个方向，处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同。同时控制旋翼的四个电机也在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制器和其它外部设备[19]。常见的支架结构形式为十字型，此外，也有一些特殊结构如十字型。通过控制器对电机的控制使螺旋桨产生需要的转速，可以使四旋翼无人机进行不同形式的飞行，如垂直飞行、俯仰飞行、翻滚飞行、偏航飞行、前后飞行和侧向飞行。

作为一种具有特殊物理结构的旋翼无人机，四旋翼无人机与固定翼无人机相比，体积小能垂直起降，具有很强的机动性，能快速、灵活地在各个方向进行机动，结构简单，易于控制，且能执行各种特殊、危险任务。上述优势使其在军用和民用领域具有广泛的应用前景，如低空侦察、低空灾害现场监视与救援和建立超高分辨率和高真实性的2D或3D地图等。故国内外的研究机构和商业机构都在进行四旋翼无人机的研究工作。

1。2 四旋翼无人机的发展

1。3 研究目的

四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。只有四个电机故只有四个输入力，但却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。因此四旋翼飞行器是一个复杂的多输入输出、欠驱动、强耦合的非线性系统，其姿态控制和定位问题是四旋翼无人机研究的一个重要领域[16]。而四旋翼无人机准确的姿态控制和定位是实现诸如，避障、路径规划还有抓取等各种复杂任务的基础。