四旋翼无人机控制系统设计的文献综述
1.前言
四旋翼无人机是一种多旋翼式垂直起降机 ，近年来广受研究者们的青睐。因固定翼直升机在可操控性和可靠性方面不如多旋翼，使得多旋翼成为微小型无人机和航模的主流。随着军用侦查和巡逻、民用灾害巡检和防控、电力系统巡检等多领域需求的增长，多旋翼无人机得到了迅速的发展。四旋翼无人机因其体积小、飞行高度低、结构简单、耗能低、安全性高、对飞行空间要求低等优点，成为国内外控制领域多旋翼无人机研究的热点。因为四旋翼无人机存在耦合特性、非线性和欠驱动性，使其控制具有一定的困难，这就使得科研人员对其控制器设计的研究兴趣大增。近年来，四旋翼无人机受到广泛关注。
2.研究目的和意义
无人机具有广泛的军用和民用价值。二十世纪八十年代，以色列将无人机首次用于作战，直接对作战行动提供支援并取得显著成效。这对无人机的发展起到了极大的推动作用，作为一种新型的空中军事力量，无人机在枯燥、危险、恶劣环境等任务领域发挥出重要作用，已经从担负简单的空中侦察，发展到能够完成情报监视，指挥控制，目标捕获、拦截，导弹攻击，电子对抗等任务，甚至可以直接攻击重要目标。鉴于无人机在军事战争中的优异表现其重要作用，促使全球上掀起了新的研究热潮，很多国家的军事部门都纷纷开始研制各种军用无人机[1]。在民用领域，无人机可以完成大气监测、资源勘探、交通监控、边境巡逻、灾情监视、森林防火、航空摄影等诸多任务[2]。
针对自然灾害的巡检与防控、地震灾害的救援，以及植物果实采摘的需求，我们开展了四旋翼无人机关键技术课题研究，以期在四旋翼及其以上多旋翼无人机控制方面有所收获，为拓展多旋翼无人机的应用领域提供技术支持，课题的研究对民用多旋翼无人机的控制技术研发具有一定的实际意义和研究价值。
3.四旋翼无人机国内外研究现状
3.1国外研究现状
从机体结构来分，无人机可分为固定翼无人机和旋翼式无人机，相对于固定翼无人机来说，旋翼无人机的发展较为缓慢[3]。国外对四旋翼无人机的研究起步较早，最早的四旋翼无人机也起源于国外。1907年，由Breguet兄弟研制的四旋翼飞机Gyro Plane No.1首次试飞成功[4]。但由于其控制的复杂性，四旋翼无人机很长一段时间都没有很大的进展。但自90年代以来，随着微电子、自动控制等技术的发展日趋成熟，四旋翼无人机得到迅速的发展，研究成果逐渐增多，学术论文也不断发表。同时，四旋翼无人机也多向微小型发展，大致可分为遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器和微型四旋翼飞行器。
美国Draganflyer公司研制的Draganflyer X4是航模四旋翼飞行器的典型代表，主要用于航拍。该款模型机身使用了碳纤维和高性能塑料，机身很轻，有效载荷为250克。其机载电子设备可控制4个电机的转速，另外还用了三个压电晶体陀螺仪进行姿态增稳控制[5]。
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