混合式垂直起降(VTOL)無人機(jī)融合了多旋翼、固定翼無人機(jī)的優(yōu)勢。它具有多旋翼垂直起降和空中懸停的特點(diǎn)又兼具固定翼高速巡航的特點(diǎn),在航空測繪、物流配送等領(lǐng)域取得了飛速的發(fā)展。在面對愈發(fā)復(fù)雜的外界環(huán)境時,為了降低混合式VTOL無人機(jī)的操作難度及保持其優(yōu)良的飛行穩(wěn)定性能,對混合式VTOL無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的研究尤為重要。本文以PX4開源自動駕駛儀為基礎(chǔ),對混合式VTOL無人機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。文章第一部分描述了混合式VTOL無人機(jī)的基本組成,對動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)各組成部分的功能予以說明;理清“X”型四旋翼、固定翼以及混合式VTOL無人機(jī)的基本飛行原理;梳理飛行實(shí)驗的注意事項。第二部分對PX4飛行控系統(tǒng)進(jìn)行全面解析,介紹飛控系統(tǒng)的總體框架以及進(jìn)程間通信機(jī)制;分析PX4飛行控制棧的整體架構(gòu)、目錄結(jié)構(gòu)以及飛行控制過程;梳理PX4飛行控制棧的姿態(tài)估計算法和四旋翼姿態(tài)控制算法。第三部通過對混合式VTOL無人機(jī)四旋翼部分的建模分析,設(shè)計非線性動態(tài)逆、增量式非線性動態(tài)逆控制器實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)控制;應(yīng)用PX4飛行控制棧的軟件在環(huán)仿真,在Gazebo仿真環(huán)境下進(jìn)行混合式VTOL無人機(jī)的陣風(fēng)擾動飛行實(shí)驗,驗證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。第四部分針對混合式VTOL無人機(jī)操作復(fù)雜的問題,提出無模式切換概念;通過對PX4混合式VTOL無人機(jī)姿態(tài)控制模塊的分析,研究模式切換原理,設(shè)計無模式切換功能,實(shí)現(xiàn)多旋翼、固定翼狀態(tài)間的自動切換;通過仿真飛行實(shí)驗,驗證無模式切換功能的可靠性。
【學(xué)位單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279;V249.1
【部分圖文】：

圖１－１成都縱橫“ＣＷ－３０”逡逑２）武漢智能鳥“ＫＣ－３４００”逡逑“ＫＣ－３４００”無人機(jī)，如圖１－２所示，具有以下特點(diǎn)：垂直起降固定翼，解決逡逑降難題，可在５＊５ｍ２的場地實(shí)時起降，實(shí)時ＲＴＫ定位，起降精度控制在１０公逡逑，，、；，

ＰＺ’逡逑圖１－２武漢智能鳥“ＫＣ－３４００”逡逑３）京東“ＶＴＯＬ垂直起降無人機(jī)”逡逑足東公司在第二屆亞洲消費(fèi)電子展（ＣＥＳ邋Ａｓｉａ）展示了如圖１－３所示的垂直起逡逑降無人機(jī)，它的防水、抗風(fēng)特性使其可以在惡劣的自然環(huán)境下進(jìn)行物流作業(yè)，同逡逑時航行時間長、飛行速度快的優(yōu)點(diǎn)大大提升了物流效率。該型號的無人機(jī)憑借其逡逑飛行靈活、操作簡單等優(yōu)勢，被用來解決偏遠(yuǎn)地區(qū)快遞運(yùn)輸困難的問題，與現(xiàn)有逡逑的物流系統(tǒng)互補(bǔ)，完善京東村鎮(zhèn)物流體系。邐．逡逑ｃ逡逑圖１－３京東“ＶＴＯＬ垂直起降無人機(jī)”逡逑３逡逑

圖１－２武漢智能鳥“ＫＣ－３４００”逡逑３）京東“ＶＴＯＬ垂直起降無人機(jī)”逡逑足東公司在第二屆亞洲消費(fèi)電子展（ＣＥＳ邋Ａｓｉａ）展示了如圖１－３所示的垂直起逡逑降無人機(jī)，它的防水、抗風(fēng)特性使其可以在惡劣的自然環(huán)境下進(jìn)行物流作業(yè)，同逡逑時航行時間長、飛行速度快的優(yōu)點(diǎn)大大提升了物流效率。該型號的無人機(jī)憑借其逡逑飛行靈活、操作簡單等優(yōu)勢，被用來解決偏遠(yuǎn)地區(qū)快遞運(yùn)輸困難的問題，與現(xiàn)有逡逑的物流系統(tǒng)互補(bǔ)，完善京東村鎮(zhèn)物流體系。邐．逡逑ｃ逡逑圖１－３京東“ＶＴＯＬ垂直起降無人機(jī)”逡逑３逡逑

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