4。4  H∞控制： 30

4。5  总结 34

结  论 35

致  谢 36

参 考 文 献 37

1  引言

1。1  研究背景与意义

无人飞行器是一种体型较小，高度灵活[6]，无人驾驶，避免驾驶员在危险环境中工作，机动性强，能在空中实现自主飞行并执行某些任务的飞行器。无人飞行器既可用于民用事业，又可满足国防需求[5]。例如，在民用事业上，可用于气象探测、航拍、森林火灾救防等；在军事领域中，可执行侦察监视、目标定位、精确打击以及定点轰炸等任务[22]，是当今军事和民用领域发展的一大热点，因此国内外对无人飞行器进行了大量研究。

无人飞行器可分为固定翼飞行器和旋翼飞行器两种[19]。旋翼无人飞行器可分为单旋翼和多旋翼两种。多旋翼无人飞行器利用多个螺旋桨高速旋转产生升力，将升力分解到三维空间中，可实现俯仰、滚转、偏航以及垂直运动。四旋翼无人飞行器属于多旋翼无人飞行器中的一种，有四个螺旋桨，分别采用四个独立电机驱动，产生更大升力。因为结构简单，轻便灵活，因而可以在很小的空间与复杂地形中，实现垂直起降、侧飞倒飞和自动悬停等高机动性能的运动，因而在执行监视和观测等任务时，控制起来非常灵活，又可以满足多种用途，占有很大优势，因此成为UAV研究领域中的热点[23]。

然而，四旋翼无人飞行器是一个欠驱动系统，有四个控制输入量，但是却有六个自由度运动方向[3]，因而是一个十分复杂的控制对象。它时变非线性的动力学特征、输入输出变量之间的耦合作用、不稳定以及轴间耦合强等特点[24]，使得系统具有非常复杂的控制问题，很难实现所需的所有工作。

军方/美国国家航空航天局（NASA）旋翼机部门（艾姆斯研究中心）联合开发的频率响应综合辨识工具（CIFER）集成了基于频率响应系统辨识方法的实用程序[28]。CIFER是基于飞机扫频数据的频域辨识方法，它是一种优秀的频域辨识方法，主要体现在它的辨识过程的全面性。CIFER采用先进的线性调频Z变换、多输入处理以及组合窗技术，能有效滤除各种干扰的影响、克服单通道辨识中忽略通道之间作用的缺陷，辨识出精确度更高的参数以及结构模型[1]。卡耐基梅隆大学机器人研究所的学生用CIFER软件辨识无人直升机R-50，得到了MIMO线性系统，并将此系统用于控制系统的分析和优化。

四旋翼无人飞行器最核心的部分就是飞行控制器。通过飞控，飞行器与外界交互并做出反应，使飞行器可以在没有外界操纵干预的情况下自主飞行[16]。针对四旋翼无人飞行器欠驱动系统的特点，开发性能优良的飞行控制器具有特别重要的意义。

1。2  国内外发展现状

1。2。1  国外发展现状

1。2。2  国内研究现状

1。3  本文主要工作内容与章节安排

目前，国内针对四旋翼无人飞行器的研究有很多，包括建模、控制算法以及外部硬件，但大多数学以及动力学模型都是基于物理建模。由于CIFER这类技术对我国实行一定程度上的技术封锁，国内很少有利用CIFER平对四旋翼无人飞行器建模。本文将选择四旋翼硬件组合搭建完整平台，并进行多次飞行试验，同时采集输入输出多组数据。首先通过Matlab软件对输入输出数据进行预处理，然后利用CIFER软件对数据进行滤波处理，采用频域辨识法对模型结构以及参数辨识。论文网