杨 旭,曹立佳,刘 洋

(1.四川轻化工大学 自动化与信息工程学院，四川 宜宾 643000；2.人工智能四川省重点实验室，四川 自贡 643000;3.四川轻化工大学 计算机科学与工程学院，四川 宜宾 643000)

1 引言

四旋翼飞行器作为无人机的一种，因其具有结构简单、体积小、重量轻、成本低、易于维护等优点，使得其在军事和民用领域都得到了广泛的应用[1-5]。虽然经过多年的研究，设计出了许多较为复杂的控制算法[6-8]，且控制精度和速度都有很大的提升。目前国内比较普遍的飞行器控制算法主要包括：反步法、自适应控制、滑模控制、自抗扰控制等，但这些复杂的算法对于硬件的要求很高，所以四旋翼飞行器应用领域的主流控制方法仍是PID控制算法[9]。

文献[10]中介绍了基于传统PID算法设计的姿态控制系统，虽然能够很好地实现飞行器的自稳定控制，但是只能够在低动态状态下保证良好的工作性能，长时间运行，陀螺仪的漂移现象比较严重。文献[11]提出了一种不完全微分PID控制算法，在姿态控制环单级PID基础上，通过对3个方向的角运动进行仿真验证，仿真结果表明其具有相应速度快、鲁棒性强和自适应能力高等优点。但未说明滤波系数大小对系统影响的规律，并且串级PID控制的响应速度、干扰能力等明显优于单级PID。文献[12]中设计了一种PI-PD控制方式，PI和PD 两个控制器可以很好地在抑制系统超调量的同时克服PID控制器参数不易整定的缺点，但响应时间过长，鲁棒性也有待提高。

本文基于牛顿-欧拉定律和四旋翼六自由度刚体运动模型[13-19]，建立一个四旋翼飞行器的简化非线性数学模型。……