杨 帆，龙 坤

（1.武汉工程大学 电气信息学院，武汉430205；2.湖北省视频图像与高清投影工程技术研究中心，武汉430205）

近年来，随着智能仪器与自动化技术的逐步成熟，四旋翼无人机已经从最初军用领域转向了民用领域，在航拍、测绘、植保、消防等方面得到了越来越多的应用[1]。由于四旋翼无人机结构简单，具有横滚、俯仰、偏航、悬停、垂直等多种飞行模式，可最大程度地满足用户的需求。在四旋翼无人机飞行过程中，控制系统和导航技术则是重中之重，给四旋翼无人机加上GPS 模块后，就可以利用GPS 的定位功能更加灵活地控制四旋翼无人机[2]。本文设计了一种串级PD 控制算法， 将其应用到四旋翼无人机控制系统中，相比于传统PID 控制算法，四旋翼无人机飞行状态更加稳定，通过上位机软件可以实时观察到四旋翼无人机的运动轨迹，真正实现四旋翼无人机轨迹跟踪功能。

1 四旋翼无人机动力学建模

1.1 飞行原理

四旋翼无人机在分类上主要有“+”和“x”两种形式，由于“x”型四旋翼无人机在结构上更加灵活，具有更好的飞行视野，故本文采用的是“x”型结构四旋翼无人机[3]，其简化模型如图1所示。在系统结构上，四旋翼无人机主要由飞控板、无刷直流电机、电调、电池、旋翼等组成，是一个典型的非线性欠驱动系统。沿逆时针方向将4 个旋翼分别编号为4 号，2号，3号，1 号， 其中1 号和2 号沿顺时针方向旋转，3 号和4 号沿逆时针方向旋转，这样可抵消四旋翼无人机做飞行运动时的反扭矩效应以及机身陀螺效应。……