与传统的单旋翼无人机不同的是，四旋翼无人机通过调节四个旋翼下电机转速来改变旋翼的转速，导致升力的变化，从而控制无人机的姿态和位置[5]。由于四旋翼无人机的旋翼数量多，因此它可以采用更小的旋翼，使得飞行更加安全稳定。除此以外，与单个旋翼产生的推动力相比较而言，四个小旋翼产生的推动力，能更好地实现无人机的静态盘旋，可在悬空的情况下瞬时间地改变其姿态，有较高的机动性与稳定性。

四旋翼无人机具有广阔的应用范围。在军事领域上，四旋翼无人机可应用于情报获取、近距离空中支持和禁飞逻辑、小范围火力支援、地面战场监视与侦查、电子战、通信等方面。四旋翼无人机曾为美国军队在战争中做出过重大贡献主要用于目标监视，地形侦察，目标识别和锁定[6]。四旋翼无人机在民用方面同样大有可为，比如缉毒和反走私，重大自然灾害之后的搜索和救援，农作物估产，森林防火巡逻与监视，高压线、大桥、水坝和地震后路段的检查[7]，保护区野生动物监测，搭载航拍电子设备进行科研试验，环境监测等诸多方面。廉价高性能的四旋翼无人机必将会给我国的经济社会发展和科研事业进步作出巨大贡献。

1。3  国内外四旋翼无人机的研究状况

1。3。1国外四旋翼无人机的研究现状

1。3。2 国内四旋翼无人机的研究现状

1。4  本文主要研究内容

本论文以四旋翼无人机为研究对象，分析了四旋翼无人机的五种操作模式及其对应的动力学方程，并分别进行控制律设计，最后选取TLs模式进行MATLAB仿真。

本文内容安排如下：

第一章 绪论。对课题研究的四旋翼无人机的研究现状进从国内外两方面行了详细的介绍。在此基础上，确定了课题的研究方向和工作内容。

第二章 对象特性建模与分析。根据无人机在起飞着陆过程中与地面接触的方式，将无人机的模型分成五个与之对应的模型。在此基础上，根据系统的实际动力学简化模型并建立了数学模型，最后给出了不同操作模式下的系统方程。来-自+优^尔*论L文W网www.youerw.com 加QQ75201.8766

第三章 飞行器控制器的设计。介绍了本毕业设计所用到的控制方法，设计了飞行器的参考动作，将问题转化为轨迹生成和跟踪控制问题，分别设计不同操作模式下的低级别控制器以及使得它们能正确工作的主控制器。

第四章 系统仿真。根据控制系统的数学模型建立仿真模型，编制系统仿真程序，调节设计参数，从而验证控制器的有用性。

2  四旋翼混合模型

2。1  四旋翼平面模型

本文所考虑的无人机是在由四个推进器产生的力量驱动下的旋翼机。为了简单起见，我们只考虑配置流形为 的“平面动力学”。

图2。1（a）图形化地描述了旋翼的几何形状和着陆环境。地面被建模为与水平面上成β角的平面。如图2。1（a）所示，无人机固定架 在旋翼的质量中心(CM)，沿推力方向向上用向量 表示。惯性系{ } = {O, ,  }是由分别指向北部和上部的向量j和k定义。附加坐标系{ } = {O,  ,   }以β角度连接到起初的的{  }进行旋转。θ表示从惯性系到无人机骨架旋转角的角度。