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四旋翼机器人姿态控制系统及控制方法研究

摘要：四旋翼机器人作为一种新兴的无人机系统，具有灵活

性高、操控能力强等优点，受到了广泛关注。本文基于四旋翼机

器人的姿态控制问题，研究了一种有效的控制系统及控制方法。

首先，分析了四旋翼机器人的动力学模型，建立了系统的数学模

型。然后，设计了姿态控制器，采用了PID控制算法，并通过微

分平方根（DSR）滤波器对控制信号进行了滤波处理。最后，通

过仿真实验验证了所提出的控制系统及控制方法的有效性。

关键词：四旋翼机器人；姿态控制；控制系统；控制方法；

PID控制算法；DSR滤波器

1.引言

四旋翼机器人是一种由四个电动机驱动的无人机系统，具有

垂直起降、悬停、高机动性等特点，广泛应用于航空、农业、安

防等领域。姿态控制是四旋翼机器人的一项重要任务，通过控制

机身的姿态，可以实现机器人的精确操控和稳定飞行。

2.方法

2.1四旋翼机器人的动力学模型

四旋翼机器人的动力学模型可以描述为：

（公式）

其中，（公式）分别表示四个电动机的推力，（公式）表示

机身的质量，（公式）分别表示机身在三个轴向上的角加速度，

（公式）分别表示机身在三个轴向上的角速度，（公式）分别表

示机身在三个轴向上的角度。

2.2姿态控制器设计

基于四旋翼机器人的动力学模型，设计了姿态控制器。采用

PID控制算法，可以根据当前姿态误差调整控制信号，使机器人

保持目标姿态。为了减小控制信号的抖动，引入了微分平方根

（DSR）滤波器对控制信号进行滤波处理。

3.仿真实验及结果分析

通过MATLAB/Simulink进行仿真实验，验证了所提出的控

制系统及控制方法的有效性。在仿真实验中，设置了不同的目标

姿态，通过观察机器人的稳定性和控制信号的响应，评估了系统

的性能。

4.结论

本文研究了四旋翼机器人姿态控制系统及控制方法。通过仿

真实验验证，证明了所提出的控制系统具有较好的稳定性和控制

性能。未来的研究可以进一步优化控制算法，提高系统的鲁棒性

和自适应性。

。