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四旋翼飞行器是智能机器人研究范畴的重要构成部分,因其布局简单、操作方便、质量轻体积小、灵活度高等特征,在民用、工业及军事领域得到广泛的应用。四旋翼飞行器具有涉及领域广,技术要求高,非线性、多变量及欠驱动、强耦合等的特性,引起科研人员的高度重视。四旋翼飞行器的实时性、稳定性、机动性及负载能力成为国内外研究的重点和难点。本论文在四旋翼飞行器硬件平台的基础上,建立了非完备数学模型,并对提高常规飞行器控制算法效率进行研究,然后用图形化软件LabVIEW编写相关程序。最后尽量降低机体扰动,通过人机交互实现四旋翼飞行器的理论仿真和实际测试。本文对国内外科研工作者在四旋翼飞行器方面做出的贡献进行了详细的调研。通过分析四旋翼飞行器的结构特点、控制原理及飞行姿态,根据牛顿定律、欧拉转换方程和LPV准则,在忽略机体变形和尽可能降低扰动的前提下,建立四旋翼飞行器的非完备模型。对电源模块、驱动模块、无线通信模块等进行选型,搭建了以NI myRIO为主控单元,集加速度和陀螺仪为一体的六轴传感器MPU-6050进行飞行器姿态数据采集的四旋翼飞行器硬件平台。在建立四旋翼飞行器动力学模型的基础上,利用共轭梯度算法对数字PID的控制参数进行优化。将四旋翼飞行器的控制率和控制性能指标的最小方差相结合,用共轭梯度算法迭代推导出随四旋翼飞行器姿态不断变化的最优控制的特性参数。将PID控制器的输出信号转换为调节电机转速的电信号,实现螺旋桨转速的调整,完成飞行器姿态的改变,有效地提高了系统的鲁棒特性。最后,在尽量降低机身抖动,同时确保惯性测量单元MPU-6050通过IIC总线对数据采集稳定和准确的条件下,通过WiFi桥梁连接飞控平台与上位机之间的通信,利用LabVIEW编程完成软件仿真,配置四旋翼飞行器实际的测试环境。验证了共轭梯度算法对四旋翼飞行器飞控PID优化的正确性及有效性,确保了整个飞控系统的正常运行。