近年来,仿生无人机在战场侦察和飞行巡逻等方面得到广泛应用,研究人员受鸟类和昆虫飞行的启发,不断对仿生机器人的飞行机理以及控制系统进行深入研究。仿生扑翼飞行器是一种仿昆虫微型扑翼飞行器,具有高隐蔽、体积小、结构简单、重量轻的特点。传统扑翼飞行器的动力学建模和控制较为复杂,控制系统设计研究较少,针对微型扑翼飞行器的动力学机翼建模、控制方法、控制系统设计,进行如下研究:(1)针对扑翼飞行器机翼的运动建模问题,根据昆虫仿生学特征对“拍-合”机制、“延迟失速”等升力机制进行分析,得到机翼扑动频率与升力的关系。姿态调整的实现是依靠调整左右机翼的扑动频率和扑动角度,进而得到机翼运动的数学模型,以及飞行器各运动姿态力矩产生方式。(2)针对扑翼飞行器各部分动力学分析和机体仿真建模问题,进行扑翼飞行器的机翼动力学、机体纵向动力学建模,并进行仿真实验。飞行器系统包含机体动力学部分、扑动机构部分、俯仰执行机构部分。机体动力学建模是对扑翼刚体模型运动受力分析得到纵向刚体动力学模型。在MATLAB/Simulink中创建控制器模型、机体模拟器模型。实验表明:纵向动力学模型是有效的,可以正确的捕获到姿态角的变化并进行跟踪。采用PD控制方法在15。、30。、45。、60。阶跃输入实验中得到的超调量均小于15.13%,调节时间约小于°??,说明了机体模型的有效性符合实验预期。(3)针对系统的控制方法和控制器设计问题,以及针对第三章稳态误差调节能力较弱的问题,采用离散PID控制和自抗扰控制方法建立控制器模型。在Simulink中建模并进行对比实验。实验结果表明:离散PID控制器在小角度姿态响应控制中具有较好的控制效果,随着期望值增大控制能力减弱。在相同设置条件下,自抗扰控制的稳态误差有明显的改善,最大约比PD和PID控制性能提高8.3%和5%。(4)针对飞行器系统设计与实现问题,对扑翼飞行器进行硬件结构和控制器设计,然后对系统组成、控制器软硬件设计、结构设计和系统测试等方面进行了验证并取得较好的效果。对扑翼飞行器控制系统进行深入研究,得到该类飞行器的运动模型、飞行控制方法、控制器设计以及结构设计方法,为该类飞行器的研究与设计提供一种有效的策略。