小型直升機

近年來，隨着微電子、微機械技術和計算機技術的不斷髮展，對微型、小型飛行器的控制也得以實現。由於其具有體積小、重量輕、成本低的飛行平台優勢，且其操縱控制方便、機動靈活、噪聲小、隱蔽性好，無論是在軍事領域還是在民用領域，都具有十分廣闊的應用前景。因此，微型、小型飛行器得到國內外很多學者和機構的關注和研究。 ^[2] 

小型直升機根據縮小比例的大型直升機製造，具有大型直升機的大部分特性，而且靈敏度更高，適合用於UAV（無人自主飛行器）研究。

小型直升機具有高靈敏度、高準確性，而且在飛行過程中安全可靠，小型直升機因為不需跑道、大機場等配套硬件設施要求，特別適合中國的國情，且可以燒97號汽油，自己動手裝配修理，小巧靈活甚至可以停放到車庫裏。

在城市交通監控、農林播種/噴藥、複雜地形測繪等方面都有廣泛的用途。

小型無人直升機具有垂直起降、定點懸停、低速巡航、起飛降落所需場地小等特點，其能夠通過自身攜帶的各類傳感器執行偵查監視、情報收集、國土勘測、搶險救災等任務，在軍事與民用領域得到了廣泛研究與應用。 ^[3] 

起飛與降落過程是航空飛行器飛行事故的多發階段。多數無人直升機在執行任務過程中要求配備具有熟練操作技能的地面飛行手，否則無法進行飛行，這增加了人力成本，而且依靠人來進行操縱無人直升機飛行有許多不安全因素，使得飛行安全不能得到保障，因此研究安全可靠的自主起飛控制方法，代替地面人員實現無人直升機自主起飛具有重要意義。

小型四旋翼直升機是一種具有六個自由度和四個輸入的欠驅動系統，屬於旋翼直升機的一種。除了能夠垂直起降、着陸、懸停、縱飛、側飛等飛行特性外，與常規的旋翼直升機相比，其結構更為簡潔、四個旋翼之間能夠相互抵消反扭力矩，不需要專門的反扭槳矩；具有更強的負載能力、並且其控制方式簡單，可以通過只改變四個旋翼的轉速實現各種飛行控制。 ^[2] 

四旋翼直升機同時也是一種具有多變量、非線性、強耦合等特性的不穩定系統。四個旋翼位於對稱的十字架結構的四個頂點，分為前後、左右兩組，並且飛行時這兩組旋翼的轉動方向剛好相反，前後組順時針轉動，左右組逆時針轉動。當四個旋翼的轉速相同並且其升力的總和等於直升機的自身重力時，直升機懸停；同時等量地增大或減小四個旋翼的轉速，直升機上升或下降，這個動作安全性高，不易造成機身的不平衡；將其中任意一組旋翼的轉速等量地增大或減小，另一組保持不變，這樣將造成機身的角速度不平衡，則機體旋轉（順時針或逆時針），即產生偏航運動；當四個旋翼中的某一個旋翼的轉速改變，而其他三個轉速保持不變時，會造成向下或向上的推力不平衡，機體產生俯仰或者翻滾運動，同時可產生一水平分力，實現直升機的前後左右飛行。 ^[2]