无人机（常用四旋翼飞行器）是一种具有6个自由度却仅由4个输入控制的欠驱动强耦合、多变量的非线性系统；旋翼飞行器动力学模型中的一些空气动力学参数很难准确测得，很难建立准确的动力学模型。同时由于飞行器体积小、质量轻，在飞行过程中会受到外部扰动（如：空气阻力、风速等），这些因素导致飞行器在飞行过程中由于受力不均衡，影响飞行器稳定飞行。
（1）机体优化设计问题。对于四旋翼飞行器机体设计时，主要考虑飞行器的质量、能耗及体积等因素。飞行器的质量与能耗及体积之间相互影响，因此首先需要确定飞行器机体参数，然后选择合适的直流无刷电机、螺旋桨及电池等材料。
（2）难以建立精确的四旋翼飞行器模型。建立精确的飞行器模型是研究飞行器控制算法的基础和前提，但由于四旋翼飞行器是一个强耦合、多变量的非线性复杂系统，同时在飞行过程中很难获得准确的空气动力学参数，且飞行器容易受到空气阻力和风速的影响，因此很难建立精确的四旋翼飞行器模型。
（3）飞行器所使用的传感器采集到的姿态数据存在误差。例如：陀螺仪采集角速度时存在零漂误差和温漂误差；加速度计采集角加速度时存在振动误差和零漂误差；当飞行器处于低空飞行情况下，采用气压高度计采集高度信息存在较大的误差。这些因素都会对飞行器姿态信息和位置信息的测量产生影响，进而影响飞行器的控制性能。
（4）飞行器控制算法设计。目前针对四旋翼飞行器控制算法的研究有很多，主要有经典PID控制算法、H￥控制算法、反步法等等。飞行器算法性能主要是从响应速度、稳定性及超调量等方面进行衡量，但响应速度、稳定性及超调量这三者之间相互影响、相互制约。
飞行原理就不多讲了，飞行器的飞行姿态多种多样，有花式摇摆，大雁南归，飞流直下等多种方式；
主体为定义机体坐标系和惯性坐标系，根据牛顿定理对四旋翼飞行器进行受力分析，采用欧拉角描述飞行器姿态并结合四旋翼飞行器运动方程，通过推导得出飞行器的非线性数学模型，控制四种基本的飞行状态，分别为垂直方向运动、横滚运动、俯仰运动、偏航运动。
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发表于 2018-5-21 14:05
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