四旋翼飞行器是一种典型的,完全利用电子控制手段取代机械控制手段的飞行器之一,它具有机动性好、易于操作、结构灵活等特点。为了控制四旋翼飞行器的姿态和位置,可以通过控制四个电机的转速来实现。四旋翼飞行器是欠驱动系统的一类典型代表,容易受到干扰影响,多变量强耦合是其基本特性。四旋翼执行任何飞行任务的基础是精确控制其位置和姿态,该问题的深入研究具有很重要的意义。本文针对四旋翼飞行器位姿控制的研究如下:首先,对四旋翼的机械构造、特性以及其飞行运动原理进行了详细介绍。分别对地面坐标系和机体坐标系进行了定义并研究了两者之间的转换关系。根据两个坐标系中四旋翼的位姿信息,在分析了四旋翼所受的力与力矩后,运用Euler-Lagrange方法建立起四旋翼飞行器非线性动力学方程。其次,基于四旋翼飞行器动力学模型,它被解耦为具有两自由度完全驱动子系统和具有四自由度的欠驱动子系统,设计基于双曲正切函数的滑模控制器实现对四旋翼位置和姿态的稳定控制,双曲正切函数代替传统的符号函数,可以有效地减少滑模控制中的抖振现象。最后,针对四旋翼飞行器位姿系统在实际工作飞行时会受到外界的干扰力以及干扰力矩的影响,设计了一种双环控制方法。位置子系统为外环,设计了自适应滑模控制器,输出控制量U₁,对质量不确定性和外界干扰力进行了抑制。通过解算获得姿态子系统的两个姿态角信号_d?和?_d作为内环的期望输入信号,通过自适应反步滑模控制器实现对三个姿态角的跟踪。根据Lyapunov原理,分别证明了位置子系统和姿态子系统的稳定性。实验结果表明,所设计的控制器能够实现对四旋翼飞行器位置和姿态的控制。