【正文】 and Newton39。選取四旋翼飛行器的姿態(tài)角作為控制對(duì)象，借助 Matlab 模糊工具箱設(shè)計(jì)了模糊 PID 控制器并依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)編輯了相應(yīng)的模糊規(guī)則；通過(guò)仿真和實(shí)時(shí)控制驗(yàn)證了控制方案的有效性，并在此控制方案下采集到了輸入輸出數(shù)據(jù)；利用單片機(jī)編寫模糊 PID 算法控制程序 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓點(diǎn)博士四旋翼飛行器實(shí)物的姿態(tài)控制。 本次設(shè)計(jì)對(duì)小型四旋翼無(wú)人直升機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了細(xì)致、廣泛的調(diào)研，綜述了其主要分類、研究領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景，然后針對(duì)圓點(diǎn)博士的四旋翼飛行器實(shí)際對(duì)象，對(duì)其建模方法和控制方案進(jìn)行了初步的研究。摘要 Ⅰ 摘 要 四旋翼飛行器是一種四螺旋槳驅(qū)動(dòng)的、可垂直起降的飛行器，這種結(jié)構(gòu)被廣泛用于微小型無(wú)人飛行器的設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用到航拍、考古、邊境巡邏、反恐偵查等多個(gè)領(lǐng)域，具有重要的軍用和民用價(jià)值。四旋翼飛行器同時(shí)也具有欠驅(qū)動(dòng)、多變量、強(qiáng)耦合、非線性和不確定等復(fù)雜特性，對(duì)其建模和控制是當(dāng)今控制領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)話題。 首先，針對(duì)四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)特性，根據(jù)歐拉定理以及牛頓定律建立四旋翼無(wú)人直升機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并且考慮了空氣阻力、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩對(duì)于槳葉的影響，建立了四旋翼飛行器的物理模型；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和反復(fù)推算，建立系統(tǒng)的仿真狀態(tài)方程；在 Matlab 環(huán)境下搭建了四旋翼飛行器的非線性模型。本設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行了 Matlab 仿真和實(shí)物控制設(shè)計(jì)，利用模糊 PID算法，穩(wěn)定有效的對(duì)四旋翼飛行器的姿態(tài)進(jìn)行了控制。s laws, and consider the air resistance and rotation torque for the effects of blade, the establishment of the physical model of the quadrotor UAV。 under the MATLAB environment built the nonlinear model of the quadrotor UAV Select the attitude of the quadrotor angle as the control object, with the help of matlab fuzzy toolbox to design the fuzzy PID controller and according to experience of experts to edit the corresponding fuzzy rules。 written by SCM fuzzy PID control algorithm, dots, Quad rotor UAV real attitude control. The design of the Matlab simulation and the physical control design, the use of fuzzy PID algorithm, the stability of the four rotor aircraft attitude control. Keywords:Quadrotor UAV。Attitude control 目錄 目 錄 摘要（中文） ...........................................................................................................................Ⅰ 摘要（英文） ...........................................................................................................................Ⅱ 第一章 概述 .............................................................................................................................. 1 課題背景及意義 ............................................................................................................. 1 四旋翼飛行器 的研究現(xiàn)狀 ................................................................................................. 2 四旋翼飛行器的關(guān)鍵技術(shù) ................................................................................................. 5 數(shù)學(xué)模型 ............................................................................................................... 6 控制算法 ............................................................................................................... 6 電子 技術(shù) ............................................................................................................... 6 動(dòng)力與能源問(wèn)題 ..................................................................................................... 6 本文主要內(nèi)容 .................................................................................................................. 6 本章小結(jié) .......................................................................................................................... 7 第二章 四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)原理及 數(shù)學(xué)模型 ...................................................................... 7 四旋翼飛行器簡(jiǎn)介 ............................................................................................................ 7 四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)原理 ............................................................................................... 8 四旋翼飛行器高度控制 .......................................................................................... 8 四旋翼飛行器俯仰角控制 ....................................................................................... 9 四旋翼飛行器橫滾角控制 ....................................................................................... 9 四旋翼飛行器偏航角控制 ......................................................................................10 四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型 ................................................................................................ 11 坐標(biāo)系建立 ............................................................................................................ 11 基于牛頓 歐拉公式的四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型 ......................................................12 本章小結(jié) ........................................................................................................................15 第三章 四旋翼飛行器姿態(tài)控制算法研究 ............................................................................ 15 模糊 PID 控制原理 ...........................................................................................................15 姿態(tài)穩(wěn)定回路的模糊 PID控制器設(shè)計(jì) ..............................................................................16 構(gòu)建模糊 PID控制器步驟 ......................................................................................17 基于 Matlab 的姿態(tài)角 控制算法的仿真 ...................................................................22 本章小結(jié) ........................................................................................................................25 第四章 四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................... 25 模糊 PID控制算法流程圖 ...............................................................................................25 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 .......................................................................................................26 本章小結(jié) ........................................................................................................................27 第五章 總結(jié)與展望 ................................................................................................................ 28 總結(jié) ...............................................................................................................................28 展望 ...............................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 28 基于模糊 PID 算法的小型四旋翼無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第一章 概述