微型四旋翼飞向器可以垂直起降，就不需要建设辅助跑道，这样可以压缩所需占地空间，这个优势在军事运用上尤其重要。自由悬停这一优势使微型四旋翼飞行器的高空作业质量提高，这使得高清航拍、无人机快递服务等成为可能。因此，微型四旋翼飞行器的应用领域很广。

   微型四旋翼飞行器主要用于室内环境的航拍、搜救和探测。在发生地震、爆炸、洪水、火灾等灾害后，微型四旋翼飞行器可以在狭窄的空间和倒塌的建筑物内快速飞行搜救幸存者，这样救援人员就不用冒生命危险执行搜救任务。除此之外，微型四旋翼飞行器还可以用于矿产勘探、人流管控、空中快递等场景。

   微型四旋翼飞行器的局限在于体积小，稳定裕度有限，对飞行器的建模精度要求高。而VICON光学运动捕捉系统，能够通过对微型四旋翼飞行器数据采集，对微型四旋翼飞行器的飞行模式进行辨识并提供高精度的建模。因此，基于VICON系统的微型四旋翼飞行器控制系统对于研究微型四旋翼飞行器，对其进行开发是非常有帮助的。论文网

1。2 发展历史及国内外研究现状

1。2。1 发展历史

1。2。2 国内外研究现状

1。3 论文工作内容及组织结构

   本课题基于室内的VICON光学运动捕捉系统，研究微型四旋翼飞行器的路径跟踪控制问题。通过无线串口通信，将VICON作为微型四旋翼飞行器的反馈，基于现有Pixhawk飞控，设计路径飞行的控制器，实现微型四旋翼飞行器在室内的路径飞行。论文主要完成以下内容：1。搭建四旋翼飞行器硬件，并提供了最佳匹配元器件型号及其选型依据;2。运用MATLAB，掌握无线串口的通信方式并根据实际要求加以修改完善；3。跨平台调试微型四旋翼飞行器路径飞行控制；4。运用C++编程语言，在掌握开源飞控程序的架构的基础上，结合内环姿态控制，设计路径跟踪的程序代码。

   论文共分为四个章节，每节具体内容如下：

   第一章是绪论，阐述了本文的课题研究背景及其意义，对于微型四旋翼飞行器的发展历史做了初步介绍，同时列举了国内外微型四旋翼飞行器发展和研究的现状。

   第二章主要阐述了如何对微型四旋翼飞行器建立数学模型。论文首先分析微型四旋翼飞行器的结构和飞行原理，其次在飞行器的机体坐标系上建立微型四旋翼飞行器的动力学方程，最后根据机体坐标系到地面坐标系的转换矩阵得到四旋翼飞行器在地面坐标系上的非线性动力学方程。

   第三章介绍了如何搭建微型四旋翼飞行器的实验平台。微型四旋翼飞行器的整体控制系统由硬件和软件两部分组成。在硬件部分，论文介绍了四旋翼飞行器的直流无刷电机、螺旋桨和电子调速器的选型依据，重点介绍了VICON光学运动系统。在软件部分，论文介绍了VICON Tracker和Mission Planner两个软件的功能和操作。

   第四章讲述了基于改进PID算法的微型四旋翼飞行器路径跟踪控制的策略。论文首先对微型四旋翼飞行器的整体控制结构进行分析，得出微型四旋翼飞行器的控制分为姿态环部分和位置环两个部分，两部分成半耦合关系，而姿态环部分是位置环控制的前提，也是整个控制系统的关键。接着，文章介绍了改进PID算法的主要理论，根据理论依据分别设计了四旋翼飞行器的姿态环控制器、位置环控制器和路径飞行控制器。最后，论文展示了实验成果并对实验成果进行了分析。文献综述

2 四旋翼飞行器的建模