1  国外发展现状

四旋翼最早出现在1907年。Louis Breguet制作了世界上第一架四旋翼飞行器，称为Breguet-Richet“旋翼机1号”。由于没有控制器，稳定性也较差，实用性和操纵性低。20世纪20年代，George De Bothezat制作了一架大型的四旋翼飞行器。直升机四个螺旋桨均由一个发动机驱动，总共进行了超过100次飞行试验[17]，然而由于动力不足等因素，很难实现较好的控制，飞行时间很短，当时无法达到美国空军标准。1924年，发明制作了一个称为Oemichen的四旋翼飞行器，第一次达到了高度为一千米的稳定垂直飞行。87419

   De Bothezat直升机

在众多高校中，麻省理工大学对多旋翼无人飞行器的研究较早[27]。在飞行器研究实验室中，通过视觉导航系统，控制四旋翼无人飞行器自主飞行导航，完成包括协同飞行、编队、避障和视觉跟踪飞行等多项任务。研究小组成员也研究了可变桨距的多旋翼无人飞行器，并且顺利地完成了飞行试验[25]。

 麻省理工变桨距多旋翼无人机

美国军方航空飞行力学理事会（艾姆斯研究中心）的Tischler第一次从旋翼机飞行试验数据（采用扫频输入）中辨识出了频率响应和传递函数模型。美国的AGARD飞行力学组于1987年专门成立了一个由各成员国的研究专家和工业认识组成的研究小组，开展旋翼飞行器系统辨识方法和应用研究。美国军方和NASA共同研发的频域辨识算法CIFER集成工具包软件，可以对直升机进行模型辨识以及参数辨识，通过一系列工作，最后得到由复杂到简单的非参数模型再到传递函数和状态空间模型等参数模型。美国加利福尼亚研究团队用一个线性定常系统对小型无人直升机在悬停状态附近的动态特性进行描述，采用多输入多输出的辨识算法对其线性模型进行辨识[26]。

旋翼飞行器的控制系统相对显得更为复杂，所以飞行控制是四旋翼无人飞行器控制中的重要技术。飞行控制主要包含位置控制、姿态控制、速度控制以及自主飞行控制等等。针对四旋翼无人飞行器Dragantlyer，澳大利亚卧龙岗大学McKerrow搭建了精确模型[20]。基于非线性控制理论，美国斯坦福大学Gabe Hoffman团队研究开发了适用的控制器。瑞士联邦理工学院对OS4四旋翼无人飞行器分别使用了线性二次最优控制、反步法、PID和滑模控制算法，达到了稳定控制的目的[16]。

2  国内研究现状

我国对四旋翼无人飞行器的探究起始时间较迟，开展四旋翼飞行器研究的单位较少[16]。近几年，清华大学、北京航空航天大学、天津大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校开展了相应深入的研究，发表了许多学术研究成果，大多是通过控制算法或仿真进行相关研究。

在Raptor-90航模直升机平台上，华南理工大学的木棉空中机器人小组开发出了一套稳定的基于GPS/INS导航系统的无人直升机自主飞行控制系统，已基本实现了最优路径规划、自主悬停等。2004年，国防科技大学的机器人实验室对四旋翼无人飞行器的飞行控制技术展开了仿真研究，基于自抗扰控制和反步法控制算法提出了控制器，达到了对四旋翼无人飞行器的姿态增稳控制的目的[16]。西北工业大学也展开了对四旋翼无人飞行器自主控制的开发与仿真应用。基于H∞回路控制和反步法控制算法，上海交通大学和哈尔滨工业大学提出了控制器，并对四旋翼无人飞行器设计了仿真以及进行了相应的研究[21]。

四旋翼无人飞行器系统辨识通常分为两种，一种是时域辨识，另一种是频域辨识。由于频域系统辨识相对时域辨识具有多重优点，因此近年来，无人飞行器越来越多的使用频域系统辨识。翻阅一些国外的参考文献，大致了解到CIFER的功能已经相当完善，然而CIFER是美国军方联合NASA针对飞行器系统辨识和建模共同研发的集成工具包软件[14]，这类技术对我国实行一定程度上的技术封锁。因而，国内利用CIFER平台来对旋翼无人飞行器建模，以及对模型的控制、仿真和实验这一方面研究较少。