《非线性欠驱动四旋翼飞行器控制方法设计》针对四旋翼飞行器的控制问题，较系统地提出了几种设计算法，是作者近年来从事飞行器控制方面的教学和科研工作的结晶，同时融入了国内外同行近年来的新研究成果，该书以四旋翼飞行器的控制方法设计为论述对象。

共包括9章，主要内容包括：四旋翼飞行器动力学建模：基于传递函数和状态空间模型的线性控制方法设计；基于全驱动和欠驱动分解的各种滑模控制方法设计；基于内外环分解的各种滑模控制方法设计：基于内外环分解的飞行器速度和编队控制方法设计；基于内外环分解的带机械手的四旋翼飞行器控制方法设计。每种控制方法设计都给出了算法推导、稳定性分析以及相应的MATLAB仿真设计程序。

《非线性欠驱动四旋翼飞行器控制方法设计》适合飞行器控制、机械电子以及自动化等相关专业的高年级本科生和研究生阅读，也可供从事相关领域研究和应用的人员参考。

第1章 绪论

1．1 四旋翼飞行器简介

1．1．1 四旋翼飞行器的基本构造

1．1．2 四旋翼飞行器的基本运动

1．2 多旋翼飞行器的发展历程

1．2．1 休眠期

1．2．2 复苏期

1．2．3 发展期

1．2．4 活跃期

1．2．5 爆发期

1．3 四旋翼飞行器常用的控制方法

1．4 本书的写作结构

第2章 四旋翼飞行器动力学建模

2．1 假设条件

2．2 坐标系

2．3 动力学建模

2．4 在MATIAB中建立四旋翼飞行器模型

2．4．1 基于S函数的Simulink仿真

2．4．2 利用S函数建立四旋翼飞行器模型

第3章 四旋翼飞行器经典线性控制方法设计

3．1 四旋翼飞行器动力学模型的线性化

3．1．1 高度子系统的传递函数

3．1．2 偏航子系统的传递函数

3．1．3 俯仰纵移子系统的传递函数

3．1．4 滚转侧移子系统的传递函数

3．2 基于传递函数的控制方法设计

3．2．1 根轨迹法

3．2．2 频率响应法

3．3 基于状态空间方程的控制方法设计

3．3．1 四旋翼飞行器的状态空间表达式

3．3．2 系统的可控性和可观测性分析

3．3．3 状态反馈控制

3．3．4 极点配置控制器设计

3．3．5 状态观测器设计

3．3．6 线性二次型最优调节器设计

3．3．7 内模控制器设计

3．4 PID控制方法设计

3．4．1 PID控制的基本概念

3．4．2 PID控制器的参数整定方法

3．4．3 基于极点配置的PD控制方法设计

第4章 四旋翼飞行器滑模控制方法设计

4．1 Lyapunov稳定性理论

4．1．1 范数及其性质

4．1．2 函数及其性质

4．1．3 Lyapunov稳定性

4．2 滑模控制方法

4．2．1 滑模控制的基本概念

4．2．2 滑模控制器设计的简单实例

4．3 一类欠驱动系统滑模控制方法设计

4．3．1 系统描述

4．3．2 滑模控制算法设计

4．3．3 仿真实例

4．4 四旋翼飞行器滑模控制方法设计

4．4．1 全驱动子系统滑模控制器设计

4．4．2 欠驱动子系统滑模控制器设计

4．4．3 仿真实例

4．5 四旋翼飞行器基于Hurwitz稳定的滑模控制方法设计

4．5．1 系统描述

……

第5章 四旋翼飞行器积分滑模控制方法设计

第6章 四旋翼飞行器终端滑模控制方法设计

第7章 四旋翼飞行器双曲正切滑模控制方法设计

第8章 四旋翼飞行器速度和编队控制方法设计

第9章 带机械手的四旋翼飞行器控制方法设计

参考文献

近年来，四旋翼飞行器的发展进入了爆发期，在控制方法设计方面，发表了大量的相关论文。作者多年来一直从事相关飞行器控制方面的教学和科研工作，积累了不少经验，为了便于相关专业高年级本科生和研究生掌握有关飞行器控制方法设计方面的知识，掌握用MATLAB语言对各种飞行器控制方法进行分析和设计，同时也便于与广大研究同行交流学习，作者编写了此书，以抛砖引玉，供广大读者参考。

本书是作者在总结多年来研究成果的基础上，进一步理论化、系统化和实用化而成，具有如下特点：

（1）控制方法取材新颖、内容先进，不少算法取材于高水平国际期刊论文，有利于读者掌握前沿研究成果。

（2）给出的各种控制方法完整，不仅有设计过程，也有稳定性分析，同时针对每种控制方法，给出了完整的MATLAB仿真程序和仿真结果，可读性强。

（3）本书具有很强的系统性，从四旋翼飞行器的动力学建模到各种控制方法的设计，前后章节逐步深入，为一个完整的整体，便于读者完整掌握。

全书共9章，以四旋翼飞行器为被控对象，分析和设计了各种控制方法。第1章为绪论，主要介绍了四旋翼飞行器的基本构造和基本运动形式、发展历程以及全书的写作结构。第2章主要讨论了四旋翼飞行器的动力学建模问题，并得出了一个简化模型，为后续章节飞行器控制方法设计与仿真提供了模型基础。第3章为基于传递函数和状态空间模型的线性控制方法设计。第4章为基于全驱动和欠驱动分解的滑模控制方法设计。第5章为基于全驱动和欠驱动分解的积分滑模控制方法设计。第6章为基于全驱动和欠驱动分解的终端滑模控制方法设计。第7章为基于内外环分解的各种滑模控制方法设计。第8章为基于内外环分解的飞行器速度和编队控制方法设计。第9章为基于内外环分解的带机械手的飞行器控制方法设计。

在完成本书之际，要特别感谢美国哥伦比亚大学Richard W.Longman教授的指导和帮助，本书的部分内容正是2017年在哥伦比亚大学访学期间构思完成的。

本书全部仿真实验程序是基于MATLAB R2018b版本开发的，对于前期版本可能会有兼容问题。

由于作者水平有限，书中难免存在一些不足和错误之处，真诚欢迎广大读者批评指正。