Quad-rotor飞行器属于小型无人飞行器(MUAV)的一种,机动性强,易于实现垂直起降,具有国防价值和商业价值。但是,quad-rotor飞行器是多输入多输出的欠驱动系统,具有高度耦合性和非线性等动力学特性,这些特性使quad-rotor飞行器的控制非常困难。近年来,quad-rotor飞行器引起了许多专家学者的关注,成为航空控制领域的研究热点。本文研究了quad-rotor飞行器的控制问题,采用H∞鲁棒控制理论设计回路成形控制器,目标是使quad-rotor飞行器实现垂直起降运动,并能在小角度范围内完成横滚、俯仰和偏航等姿态运动。Quad-rotor飞行器通过平衡四个螺旋桨产生的力来实现稳定盘旋和精确飞行。首先,本文分析quad-rotor飞行器在各种飞行状态下的转速控制策略,根据quad-rotor飞行器系统的结构特点和动力学特性,建立quad-rotor飞行器的非线性数学模型,然后将模型线性化,以便于进行控制器仿真。其次,为了降低系统不确定性对系统稳定性和系统性能的影响,quad-rotor飞行器的控制系统采用H∞回路成形控制方法,这种方法将经典的回路成形法和带宽概念与现代的H∞控制理论的鲁棒稳定性融合在一起,充分考虑系统不确定性的影响,保证控制系统的鲁棒稳定性,并优化性能指标。再次,飞行器的姿态变化是由各螺旋桨的转速变化引起的力矩变化实现的,要求飞行器的电机驱动系统运行可靠,效率高和调速性能好。本文选用无位置传感器形式的无刷直流电机设计驱动系统,采用反电势过零检测法实现转子位置检测。硬件电路与软件程序结合,实现内同步运行和平滑调速,有效驱动飞行器,实现飞行姿态调整。最后,通过实验室条件下的实物实验,验证控制系统设计方案的合理性。