四旋翼飞行器是一种结构简单,尺寸较小可以悬停和垂直起降的飞行器,其操纵性优异,成本低,在军用和民用领域都展现出了很大的应用价值。常规四旋翼飞行器一般通过控制四个旋翼转速实现空间上的位移改变,是一个具有空间六自由度运动而只有四个独立操纵输入量的欠驱动系统,其姿态/位置独立运动能力受到了限制。目前,出现了各类过驱动四旋翼飞行器,其特点是操纵量个数大于飞行器运动自由度数,可实现任一自由度的独立运动。相比常规四旋翼飞行器,这类过驱动四旋翼飞行器具有环境交互能力强、应用范围广等优势,但同时其运动特性、操控方法更为复杂。本文以一种带有旋翼倾斜机构的过驱动四旋翼飞行器为主要研究对象,开展了如下研究工作。首先建立了过驱动四旋翼飞行器的飞行动力学模型,推导了各运动自由度的力和力矩平衡方程。针对平衡方程为有欠定方程组的特点,基于参数分析法和能耗最小优化求解方法,分析了不同悬停状态下不同平衡状态的特点,包括不同平衡状态下的能耗特性。根据配平操纵量的对称性对过驱动四旋翼飞行器的平衡模式做了归纳总结。然后,根据不同平衡模式下旋翼转速和倾转角的变化特点,新定义了八个等效操纵量,在此基础上推导了各个运动自由度的操纵导数,针对能耗最小平衡模式进行了操纵导数随俯仰姿态角变化分析。最后,根据操纵导数的分析,对定姿态变速和定速变姿态这两种速度与姿态解耦的运动状态开展了能耗操纵策略分析,设计了能耗最小操纵策略,通过计算机仿真,验证了操纵策略的有效性。