短,而直升机的飞行控制比较困难。固定翼飞机虽然可以实现长时间空中飞行,但是
它难以实现空中悬停。因此,设计一种具有悬停功能并且可长航时飞行能力的结构简
单控制方便的无人飞行器将成为必然趋势。而本文所研究的是旋翼/固定翼混合模式
无人飞行器,该飞行器采用共轴双桨技术,以收展机翼为升力结构设计,实现两种飞行模式之间的转换。该飞行器既具有旋翼飞行器特有的在低空低速条件下灵活机动飞
行,包括垂直起降、悬停、后飞、侧飞等飞行性能,又具备固定翼飞行器的高空、高
速、高效、可远距离飞行等优点。由此可见,该机型的成功设计与实现,将在军事及
民用领域具有广阔前景。但是就目前而言,旋翼/固定翼混合模式无人飞行器还没有
较为完善的机械变形结构,能够实现两种模式下的快速稳定的转换,也没有精确的数
学模型,而且在飞行过程中不是非常的稳定,需要设计有效的控制器,这也是我们将
要研究的工作。
1.3 本文的工作和结构框架
本文主要在搭建了旋翼/固定翼混合模式无人飞行器硬件平台的基础上,对旋翼
和固定翼两种模式下飞行器分别进行了数学建模并进行了参数辨识,设计了控制器并
进行了仿真。
本论文共分四章,基本结构及各章的主要内容如下:
第一章介绍了本文的研究背景、飞行器的发展历史以及国内外研究现状,并阐述
了本文的研究意义。
第二章介绍了旋翼/固定翼混合模式无人飞行器模型建立的相关内容,首先论述
了建立模型中一些必须的基础知识,然后简单介绍了旋翼/固定翼混合模式无人飞行
器的飞行原理,接着根据导航方程与牛顿—欧拉方程逐步推导出旋翼/固定翼混合模
式无人飞行器的数学模型。
第三章介绍了旋翼/固定翼混合模式无人飞行器模型的参数辨识,首先通过实验
测量了共轴双桨的扭矩,然后介绍了利用 Solidworks 软件辨识一些不易测量与计算
的参数的方法,并通过此方法辨识电机和机体转动惯量等参数。
第四章介绍了采用小扰动法将旋翼/固定翼混合模式无人飞行器的数学模型进行
线性简化处理,介绍了 PID 控制器的基本原理。基于简化后的旋翼/固定翼混合模式
无人飞行器的数学模型为其设计了PID 控制器,进行了控制仿真分析,表明该控制算
法适用于旋翼/固定翼混合模式无人飞行器的飞行控制,且具有很好的稳定性和鲁棒性。
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