【摘 要】
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近年来,四旋翼无人飞行器凭借着其独有的优点迅速发展。其应用范围囊括军事侦察、搜索救援、远程打击、电力巡检、农业监测、灾害防范、地质测量、物流运输、影视航拍等多个方面,横跨军事、工业、商业多个行业领域,已经成为当代极具有代表性的高科技产物之一。然而,由于飞行器本身的强耦合特点使其控制研究造成较大困难,因此本文依托于国家重点研发计划子课题“智能化物探专用旋翼无人机研发”项目,基于改进超螺旋干扰观测器的
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近年来,四旋翼无人飞行器凭借着其独有的优点迅速发展。其应用范围囊括军事侦察、搜索救援、远程打击、电力巡检、农业监测、灾害防范、地质测量、物流运输、影视航拍等多个方面,横跨军事、工业、商业多个行业领域,已经成为当代极具有代表性的高科技产物之一。然而,由于飞行器本身的强耦合特点使其控制研究造成较大困难,因此本文依托于国家重点研发计划子课题“智能化物探专用旋翼无人机研发”项目,基于改进超螺旋干扰观测器的分数阶反步滑模控制器的四旋翼飞行器跟踪控制设计,旨在提高四旋翼无人机的控制性能。本文的主要研究内容有:（1）对四旋翼飞行器系统进行了完整的结构分析及系统设计,详细论述了四旋翼无人飞行器的机构组成以及工作原理,推导出四旋翼飞行器运动受力模型。（2）基于分数阶滑模反步算法推导了四旋翼飞行器的控制律。随后通过有限时间收敛的滤波器对四旋翼飞行器位置环输出的期望角度求其一阶及二阶导数;再之后基于分数阶微积分理论,通过改进的Oustaloup滤波器来模拟其微积分算子,并搭建了仿真模型;最后,通过对算法的Matlab仿真,与滤波反步法和整数阶算法进行了对比,验证了所提算法的有效性。（3）设计了一种基于二阶滑模算法的改进超螺旋控制算法。并将其作为观测器将其应用于对四旋翼飞行器对未知扰动进行估计,通过Matlab仿真,与传统的未经改进的二阶滑模观测器对于干扰的估计结果进行了对比,验证了本文设计的观测器对于扰动估计结果的准确性。（4）通过搭建四旋翼飞行器硬件测试平台,测量并计算了平台所需的必备参数,完成了机载端、地面端的软硬件安装调试,在保障安全可控的前提下对四旋翼飞行器进行了室内室外的飞行测试。
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