1、向的旋翼升力，机身前倾，实现前后的侧向飞行。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章预备知识偏航运动图，为了平衡反扭矩，四个旋翼中的左右两个顺时针转，前后两个逆时针转。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个旋翼速度不完全相同时，不平衡的反扭矩会导致机身转动。同时增大同方向旋转的两旋翼转速并减小另对反方向旋转的两旋翼转速，且机身转动方向与转速增加的旋翼转动方向相反。坐标定义飞机的姿态角度飞行速度和方向等参数总是和坐标系联系在起的，若要确切的描述飞机的运动状态，首先要建立合适的坐标系。为了研究无人机的飞行状态，现定义两种坐标系如图，并分析相互转换关系地坐标系体坐标系图坐标关系地坐标系用于研究飞机相对于地面的运动，确定飞机的空间位置坐标，从而方便研究飞机的姿态航向和相对起飞点的位置。如图所。

2、转子惯量体坐标系角速度螺旋桨角速度控制输入旋翼臂展推力系数阻力系数推力无人机质量万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论人类从古代开始，就对广阔的天空充满幻想，随着科技的飞速发展，各类飞行器作为探索天空的主要工具，直受到广泛地关注与研究。近年来，世界各国都对无人机，进行了研究，美国俄罗斯等军事强国已经制造出了具备长航时和作战功能的大型无人机，与此同时也开始了对小型和微型无人机的重点研究，而四旋翼无人机作为微小型化的杰出成果，逐渐成为了该领域的主要研究对象。本章主要对四旋翼无人机的背景意义，研究现状等做些简要的介绍。研究背景与意义微型无人机，具有体积小质量轻可重复使用等特点，近年来成为了无人飞行器发展的主要趋势。微型无人机可代替人类进入些极端条件区域执行任。

3、于水平位置时，在垂直方向上地坐标系与体坐标系重合。同时改变四个旋翼的转速，产生升力使得四旋翼上升至高度。悬停状态时，若保持四个旋翼的转速不变，且产生的总推力与飞机的重力相平衡时，可在高度处于相对静止状态，姿态角为零。垂直飞行的关键是四个旋翼的转速保持致的变化量。图垂直飞行图滚转运动滚转运动图，前后两个旋翼速度保持不变，增大左侧旋翼转速，升力增大，同时减小右侧旋翼转速，升力减小。这样由于存在升力差，机身会产生倾斜，从而使旋翼升力产生水平分量，向右运动。时可控制飞行器侧向平飞。图俯仰运动图偏航运动俯仰运动图，左右两个旋翼速度保持不变，增大后侧旋翼转速，升力增大，同时减小前侧旋翼转速，升力减小，前后两侧产生升力差，则产生侧。

4、结构基于的自适应控制算法控制律设计稳定性分析实验结果与分析基于四元数参数化的自适应控制算法控制律设计稳定性分析实验结果与分析本章小结第四章执行器加性故障容错控制算法设计执行器故障分类基于的自适应容错控制算法容错控制律设计稳定性分析实验结果与分析本章小结第五章执行器乘性故障容错控制算法设计乘性故障单故障容错控制算法容错控制律设计稳定性分析实验结果与分析多故障容错控制算法容错控制律设计稳定性分析万方数据实验结果与分析本章小结第六章总结与展望全文总结未来展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文专用术语注释表专用术语注释表符号说明符号名称单位体坐标系位置地坐标系位置滚转角俯仰角偏航角无人机轴转动惯量无人机轴转动惯量无人机轴转动惯量重力加速度。

5、邦科技学院的模型为基础，该无人机系统的硬件框架如图所示，主要包括三大模块飞行控制模块动力模块和传感器模块。飞控模块包括了飞控主板和无线接收机动力模块则包括产生升力的四个旋翼电机及电池传感器模块包括各种用于检测和传输数据的传感器。传统的纵列式直升机需安装尾翼平衡自身反扭矩，而由图可知，四旋翼无人机的四个螺旋桨对称地安装在呈十字交叉的支架顶端，分为顺时针旋转和逆时针旋转两组，位于同对角线上的两个螺旋桨旋转方向相同。这种对称结构无需尾翼，在飞行过程中能自动平衡万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章预备知识反扭矩。电机作为无人机直接动力来源，改变四个螺旋桨的推力可实现姿态控制，机械结构和空气动力学特性都得以简化。无人机的基本飞行动作可简化为如图至所示。垂直飞行主要实现了飞机的起降和悬停图，处。

6、示，该坐标系原点固定于地面上飞机的起飞点，轴为高度坐标轴，且三轴满足右手定则。体坐标系该坐标系固定在机体上，并随着飞机的运动位置发生改变。体坐标系原点为飞机重心，横轴平行于前后旋翼的连线，指向前方为正方向纵轴平行于左右旋翼的连线竖轴垂直于横轴，纵轴所在平面，且与其满足右手定则。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章预备知识四旋翼无人机的飞行姿态由三个角度描述，其中滚转角，俯仰角，偏航角，这三个角度称为欧拉角。本文中，坐标转换采用右手定则，先绕轴，再轴，轴。每旋转次，都有相应的转移矩阵，分别为，，，最终，两个坐标系之间的转移矩阵可写为，，则有。

7、务军事上，可用于执行近距离的低空侦察电磁干扰目标监视等复杂任务民用和科技上，除了已经非常普遍的高空照相气象勘测地图测绘，微型无人机正逐渐成为宇宙探索的重要工具之。作为种复杂的动态系统，关于无人机运动学和动力学的研究对更好地理解其物理特性有重要意义，建立了合理的系统模型之后，要想实现更好的稳定性，如何设计控制算法结构显得尤为重要。在飞行过程中，特别是无人自主飞行中，总是会发生些不可预计难以避免的情况，比如与飞鸟或昆虫碰撞遇到强风暴雪等。这些情况都有可能直接导致无人机无法正常完成目标任务，我们称之为发生故障。如果遇到故障情况，无人机的飞行品质般会大大降低，甚至严重影响飞行安全，导致坠机，所以设计故障诊断隔离，与容错控制，策略对于保证无人机安全性能是必不可少的。四旋翼飞行器是无人机中具有垂直起降。

8、描述了滚转角俯仰角偏航角的转动状态，若考虑转动陀螺效应，则系统模型为体坐标系下，无人机系统受力分析牛顿欧拉形式如下其中，是无人机的质量，表示机体所受整个合力，表示合力矩。是单位矩阵，是惯性矩阵，表示在机体坐标系下线速度，表示在机体坐标系下角速度，且有四个旋翼产生的和力垂直推力可表示为结合式，系统控制输入，与每个旋翼转速之间的关系为万方数据单位代码密级硕士学位论文论文题目四旋翼无人机自适应控制与故障容错张益鹏曹科才控制理论与控制工程四旋翼无人机自主控制工学硕士二零四年五月学号姓名导师学科专。

9、，特性的类，这种性能来源于其特殊的动力结构。根据飞行原理和驱动方式的不同，飞行器可以分为两类轻于空气型，和重于空气型如图。而究的基础，因此，构造微型四旋翼无人机系统的数学模型具有重要意义。由于旋翼机的独特构造，其气动环境比固定翼机要复杂得多，本质上空气动力是非定常和非线性的，要建立其准确的数学模型具有定的难度。本章首先介绍了四旋翼无人机的飞行原理，即如何通过调整各旋翼的转速以改变飞行姿态，这也集中体现了四旋翼机型的优越特性接着定义用于系统分析的地坐标系和体坐标系，并给出了两者之间的转换关系，在此基础上，研究了无人机系统的运动学和动力学，建立了相应的数学模型，得出了系统状态方程最后介绍了些自适应理论的相关知识。飞行原理旋翼电机与电池飞控设备图四旋翼无人机模型本文所做的相关研究都是以瑞士洛桑联。

10、表示为将上式微分可得到对应的速度，且任意点的速度满足下式假设惯性矩阵是对角阵，则由式可得出该系统的动量为相应地得出系统在地坐标系下的势能为对运动方程使用拉格朗日变形，其中为广义坐标，为总的作用力。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章预备知识则运动方程可表示为方面，每对旋翼的推力差对系统运动姿态的影响为另方面，旋翼转动时产生的陀螺效应为无人机动态模型。

11、业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文。

12、此时地坐标系下欧拉角速度与体坐标系下角速度的转换关系为系统模型四旋翼无人机是个多变量高耦合非线性的欠驱动系统，设计控制律之前首先需要建立合理而准确的动力学模型。针对这种特殊复杂系统的模型化，假设其满足如下的条件整个无人机的机械结构和螺旋桨均视为刚体质心与机体结构的中心视为重合的无人机是标准的十字对称。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章预备知识表给出了四旋翼无人机模型的相关参数。表参数设置名称符号数值单位质量轴惯量轴惯量轴惯量推力系数阻力系数转子惯量旋翼臂展在图所示的坐标系中，对于地坐标系中的任意个点，其运动学方程可。

参考资料：

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