四涵道无人陆空车辆是一种新颖的多用途作战平台与综合交通工具,具备空中巡逻、救援和交通运输等多种功能,能广泛应用于军事和民用领域。本文以四涵道无人陆空车辆为研究对象,围绕陆空车辆的前飞姿态控制问题展开研究,研究内容包括陆空车辆飞行动力学建模、系统模型分析、内环姿态控制器结构设计、非光滑优化求解控制器参数、内环姿态控制器研究。文章首先从陆空车辆的结构出发,分析了陆空车辆从结构上实现俯仰滚转偏航机理,采用模块化思想,运用空气动力学和刚体动力学理论建立了陆空车辆飞行动力学模型;采用一系列简化模型方法,建立具有最小复杂度且涵盖全部所必须的重要动力学特性的陆空车辆数学模型。其次,对陆空车辆模型进行系统性的分析。首先在小扰动假设基础上推导出系统的线性化方程,依据该线性方程分析系统的阻尼导数与耦合特性、随前飞速度变化分析系统的模态变化情况、系统输入输出的能控性、最后分析系统参数变化对其稳定性与能控性的影响,分析结果可用于指导结构布局设计。然后由陆空车辆模型特点,针对内环姿态控制,提出两种控制方法;双闭环PID控制与静态输出反馈控制,针对双闭环PID控制参数采用非光滑优化的方法基于模型获得。通过仿真验证,该两种方法均可实现降低系统各通道间的耦合效应,对参考信号的良好跟踪,具有很好的鲁棒性。最后,针对陆空车辆的特点,完成了陆空车辆的控制系统的软件与硬件的设计。同时在该套软硬件条件下,完成侧涵道静态拉力测试实验和通过姿态测试实验方法验证了双闭环PID控制器结构在低速前飞下对四涵道无人陆空车辆内环姿态控制具有较好的控制性能。