四旋翼飞行器是一种由四只螺旋桨作为引擎、可垂直起飞降落的无人机,这种特别的结构使得四旋翼飞行器具有重要的军用和民用价值。带有绳系负载的四旋翼飞行器,结合了无人机与绳系系统两者的优势,能够被应用于很多场合,例如物资投放、排爆除险、地质勘测等,专门对这一系统进行建模和控制的研究目前还不多,现有的模型在处理绳缆悬挂角反馈方面过于复杂,控制算法也比较繁琐。本文立足于传统四旋翼飞行器,对带有绳系负载的四旋翼飞行器建模和控制进行简化,主要工作和创新点如下:(1)对四旋翼无人飞行器进行调研,综述了其发展历史、研究现状、热点和难点等。(2)推导了四旋翼飞行器的动力学模型,包括互为耦合关系的平动动力学模型和转动动力学模型;在姿态动力学模型的建立方面,采用了两种思路。(3)介绍了绳系模型及其应用,梳理了直升机绳系负载模型的发展历程,分析归纳了前人的控制策略,总结了四旋翼飞行器绳系负载模型中对于负载反馈的处理方法。(4)提出了一种改进的算法,建立了简化的带有绳系负载的四旋翼飞行器动力学模型。传统的建模里负载反馈解析式是通过求解拉格朗日方程获得,其求解过程耗时、结果繁琐,不利于系统状态量的选取,给控制器设计带来困难。本文从直升机绳系负载模型出发,提出了一种新的求解算法,使得系统的动力学方程大大简化,给控制带来了方便。(5)基于新的模型,首次将PD控制器应用于带有绳系负载的四旋翼飞行器系统,实现了有效的高度控制和姿态控制。在Matlab仿真环境下对控制器进行了实验,结果证明PD控制方案能在较短时间内使得飞行参数逼近目标值,控制器能够获得预期的效果。