李佳琪，刘 晨，黄 明，夏 天，丁佶辉

（江苏理工学院机械工程学院，江苏 常州 213001）

四旋翼无人机（下文简称四旋翼）是一种具有目标监测、军事侦察、城市航拍等功能的飞行机器人，在军用领域和民用领域得到了广泛的应用[1-3]。特别是在2020 年的新冠疫情防控中，空中机器人在人车引导、群体测温、人群疏散与空地宣传等方面发挥了重要作用。近年来，四旋翼被广泛研究，其主要原因之一是其高机动性和完全自动执行任务的能力。此外，由于四旋翼飞行器的局限性，如动力不足、计算能力低、工作频率高、自主性低等，是验证新型控制器的理想试验台。在四旋翼的控制系统中，有两种不同类型的控制，即位置控制与姿态控制。其中，姿态控制是控制四旋翼3 个欧拉角，使得偏航角、俯仰角和偏航角稳定。位置控制是镇定四旋翼的三轴位置量，使得其能在空中悬停或跟踪预定的参考轨迹。然而，四旋翼是个强耦合、非线性、多输入多输出的非线性系统，同时其位置环与姿态环还存在强烈的耦合效应，所以设计四旋翼位置和姿态控制器难度颇高。笔者研究了近5年100多篇关于四旋翼控制领域的论文，对其进行了详细调查与分析，并为读者展示四旋翼控制研究的最新进展。

四旋翼的动力学可用牛顿—欧拉法推导出来，包括位置和姿态两个子动力学[4]，其形式如下所示：

另外，四旋翼的总升力、控制力矩与桨叶转速ωi(i=1,2,3,4)之间的关系为：

根据四旋翼的物理结构与操控规律可知，系统共包含四个控制通道，可以分成两个控制环，即外环为内环为（θ,φ），x、y所在的通道与θ、φ所在的通道耦合，即前通道的输出量为后通道的参考指令。……