【摘要】：目前無人機的結構多數為多旋翼結構和固定翼結構,多旋翼無人機能實現垂直起降,但其速度慢,固定翼無人機機動性好能高速巡航,但需要借助跑道起飛,因此針對一些特定的場合二者都不能滿足飛行的要求。本文設計的傾轉旋翼無人機是將多旋翼飛行器的結構和固定翼飛行器的結構相結合,既能垂直起降又能實現高速巡航,是未來無人機的發(fā)展趨勢。作為一種新型飛行器,傾轉旋翼無人機具備飛行效率高、噪聲低、載重量大、機動性好等優(yōu)點。目前國內外對于傾轉旋翼無人機的研究也越來越多,特別是針對傾轉旋翼這一特定機型的控制系統(tǒng)。本論文主要研究的是傾轉旋翼無人機的整體控制系統(tǒng)。根據設計要求,傾轉旋翼無人機在三種飛行模式下都能穩(wěn)定的飛行,特別是對于過渡過程,要穩(wěn)定的由多旋翼模式切換到固定翼模式。本文的具體研究工作如下:首先設計傾轉旋翼無人機外形結構,其飛行模式分為多旋翼飛行模式、過渡過程模式和固定翼模式,介紹三種飛行模式下的飛行原理。由于其在飛行過程中氣動性復雜,需要分別建立三種飛行模式下傾轉旋翼無人機的動力學模型,并適當作出假設條件簡化動力學模型,得出其運動方程和轉動方程。接著介紹傾轉旋翼無人機的硬件結構和原理,介紹了主控芯片、傳感器以及外部設備的選型,講述其原理。然后搭配出整個傾轉旋翼飛行器的動力學系統(tǒng),從電機、螺旋槳、電調再到電池的選型,由飛行器的重量以及負載來確定所需要的升力,確定出這四者之間的搭配關系,組合出一套最佳的動力系統(tǒng)。然后針對動力學模型,設計控制器。在多旋翼模式下設計姿態(tài)回路和位置回路的控制器,分析其傳遞函數的伯德圖,得出最佳的參數。在過渡過程選擇了粒子群算法來搜索最優(yōu)的控制器參數和作用權重,利用Matlab仿真姿態(tài)角和位置。最后是整體軟件的設計,由通訊模塊,遙控器模塊,姿態(tài)估計模塊,姿態(tài)位置控制模塊等組成,其中最重要的是姿態(tài)估計的程序設計。最后進行實際試飛實驗,驗證控制系統(tǒng)的可行性,分析實際飛行過程中的姿態(tài)信息。
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249.1
【圖文】：

基于傾轉旋翼無人機的控制系統(tǒng)研究說我國研究傾轉旋翼無人機存在著一些基礎上的難題：第一是實還不完善。第二是控制系統(tǒng)的復雜程度，系統(tǒng)的好壞很大程度上和穩(wěn)定性。不過隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，相信這些技術難出安全可靠穩(wěn)定高性能的傾轉旋翼無人機，發(fā)揮出最大的優(yōu)勢特

2.1 無人機的飛行模式和飛行原理2.1.1 飛行模式本文所設計的傾轉旋翼無人機采用四個旋翼，對稱分布在機翼的前后左右，在飛尾部采用傳統(tǒng)固定翼飛機的垂尾和平尾模式。相比于國際上主流的 V-22 魚鷹號傾轉旋翼無人機，擁有四個旋翼可以極大保持飛行過程中的穩(wěn)定性和安全性，當其中兩個生故障失效時，另外兩個可以保持動力。一般來說不管是傾轉二旋翼無人機還是傾轉旋翼無人機，其飛行模式大都可以分為以下三種：多旋翼飛行模式、過渡過程模式、定翼模式[9]。當飛行垂直起降時，四個旋翼垂直于水平狀態(tài)，提供向上的升力，此時飛機處于旋翼飛行模式。當飛機達到一定的初始速度后，四個旋翼從垂直于水平狀態(tài)偏轉到水狀態(tài)，即從 0-90 度的偏轉，這個過程處于過渡過程模式。當四個旋翼偏轉到水平狀后，實現高速巡航，此時飛機處于固定翼模式。

2.1 無人機的飛行模式和飛行原理2.1.1 飛行模式本文所設計的傾轉旋翼無人機采用四個旋翼，對稱分布在機翼的前后左右，在飛尾部采用傳統(tǒng)固定翼飛機的垂尾和平尾模式。相比于國際上主流的 V-22 魚鷹號傾轉旋翼無人機，擁有四個旋翼可以極大保持飛行過程中的穩(wěn)定性和安全性，當其中兩個生故障失效時，另外兩個可以保持動力。一般來說不管是傾轉二旋翼無人機還是傾轉旋翼無人機，其飛行模式大都可以分為以下三種：多旋翼飛行模式、過渡過程模式、定翼模式[9]。當飛行垂直起降時，四個旋翼垂直于水平狀態(tài)，提供向上的升力，此時飛機處于旋翼飛行模式。當飛機達到一定的初始速度后，四個旋翼從垂直于水平狀態(tài)偏轉到水狀態(tài)，即從 0-90 度的偏轉，這個過程處于過渡過程模式。當四個旋翼偏轉到水平狀后，實現高速巡航，此時飛機處于固定翼模式。

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本文編號：2774347