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当代控制理论及应用技术概论
Introduction to Contemporary Control Theory and Applied Technology

态进行控制，在飞行器平稳飞行的情况下对飞行器的任一电机加入干扰电压信号
后，飞行器能够迅速回到平稳状态，表明所设计的 PID 控制器对于四旋翼飞行器
具有响应速度快、超调小、鲁棒性强等特点。
（三）LQR 控制法
李文超等采用机体坐标系及本地 NED 坐标系构建四旋翼飞行器数学模型，

并选用小扰动线性化模型，研究设计了 LQR 线性二次型控制器，通过 Matlab 数
学软件进行仿真实验，结果表明 LQR 控制律具有响应速度快、稳定性好、精确
性高的特点。

刘丽丽等针对四旋翼飞行器欠驱动系统运行中存在的非线性和强耦合性，
提出了基于 ARX 模型组的自适应 LQR 控制器的设计方法。
该方法首先对飞行状态进行区间分化，在每个区间构建并辨识局部 ARX 模
型，得到系统全局的 ARX 模型组。在此基础上设计了具有自适应功能的 LQR 控
制器。实时控制结果表明，当输出目标值分别变化时，系统响应及时且超调很小，

在稳态阶段，基本上没有超调和震荡，输出也很平稳。
（四）反步控制法
陈奕梅等针对四旋翼无人飞行器 QballX4 受控模型的复杂非线性问题，从实

际应用的角度出发，提出了一种在定点悬停情况下忽略偏航角变化的模型简化方
法，有效地解决了内外环约束条件的求解问题，并基于此模型设计了一种基于反
步法的渐近稳定控制器。仿真结果表明，所设计的控制器能有效地实现定点飞行，
并验证了所构建的简化模型的合理性。
文奕格等为提高系统鲁棒性，设计了一种基于扩张状态观测器和反步法的

姿态控制器。
首先基于牛顿 - 欧拉方程建立了四旋翼飞行器的数学模型，再通过设计扩
张状态观测器，以此观测四旋翼飞行器受到的扰动，将观测到的扰动估计值补偿

至反步控制器，以减小扰动的影响，改善控制效果，并通过数值仿真验证了算法
的有效性。
（五）滑模变结构控制法
成利梅采用牛顿 - 欧拉法建立基于三维旋转群 SO（3）的动力学模型，利用
前向欧拉法将其转换为离散模型，并提出基于内外环的控制结构，将离散滑模变

结构控制应用于内外环控制器的设计，通过李雅普诺夫函数证明了所设计控制器

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