随着智能化控制器的不断发展,四旋翼飞行器获得了更加智能化的新生,在军事、民事和工业等领域的运用越来越广泛。飞行器的大部分工作时间,都要面对复杂的室外环境,最常见的干扰就是室外紊流风。室外紊流风具有风速和风向的不稳定性,对飞行器姿态稳定和指令执行等多方面都有极大的负面影响,严重的时候会造成飞行器坠毁,无法完成任务。所以,本文主要研究四旋翼飞行器在紊流风场下的姿态稳定问题,在PD控制与模糊自适应PD控制的基础上,设计串级模糊自适应PD控制器,提升无人机的抗风扰能力。然后,增加了已有的遗传算法优化模糊PD控制器抗风仿真。首先,建立地面坐标系,为系统提供统一的参照坐标系,再建立机体坐标系,为机体提供局部姿态标准,对飞行器的姿态进行表示。再利用Newton-Euler公式推导飞行器的动力学方程,进行动力学模型的建立。根据研究需要,对紊流风场的特性进行学习与数学分析,建立合适的紊流风场数学模型。然后对飞行器在风场环境下的受力情况进行分析,结合紊流风场,建立风场下的四旋翼飞行器动力学模型,为本文的抗风扰研究建立研究基础。其次,搭建三种不同的抗风扰控制器。第一步,根据飞行器特性设计出合适的PD控制器,并确定控制器参数整定方式,并使用Matlab/Simulink工具搭建出PD控制器仿真模块。第二步,根据研究需要,确定模糊推理和解模糊具体使用的方法,同时根据经验确认模糊规则。对模糊控制器进行编程与设计,设定模糊自适应PD控制器的工作流程,确认姿态控制的实现方式,为三个姿态角分别设计单独的模糊控制器,最后应用Matlab/Simulink工具搭建模糊PD控制器仿真模块。第三步,根据串级控制的优势,在结合模糊自适应PD控制方法,组成串级模糊自适应PD控制器。内环使用PD控制器控制姿态角速度,外环使用模糊PD控制器控制姿态的角度。然后,增加了已有的遗传算法优化模糊PD控制器抗风仿真,对比结果验证了串级模糊自适应PD控制器比其它三个控制器的抗风效果都要好。最后,分别在无风和有风环境下进行实验,验证四种控制器的姿态控制效果,并将仿真结果进行对比,对比结果验证了串级模糊自适应PD控制器的抗风效果最好,具有最好的抗风效果,遗传算法优化模糊PD控制器次之,模糊自适应PD控制器抗风效果次之,经典PD控制器抗风效果最差。