近年來,隨著各類技術的不斷進步,各類旋翼無人機得到了較快的發(fā)展。其中傾轉式三旋翼無人機結合了多旋翼無人機與傾轉式旋翼機的優(yōu)勢,同時也存在欠驅動、非線性、靜不穩(wěn)定等特性。因此,關于這類無人機的研究,受到了相關科研機構的重視。本文主要研究了傾轉式三旋翼無人機數(shù)學模型分析及控制律設計問題,分別設計了針對傾轉式三旋翼無人機姿態(tài)及高度的非線性自適應控制器以及針對傾轉式三旋翼無人機的位置非線性控制器,進行了相應的穩(wěn)定性分析,并通過半實物仿真平臺驗證了所設計控制律的有效性與魯棒性。本文研究內容主要包括以下三方面:一、針對傾轉式三旋翼無人機較為特殊的動力學特性,分別對該類無人機位置子系統(tǒng)及姿態(tài)子系統(tǒng)的運動學及動力學模型進行了較為詳細的分析。二、傾轉式三旋翼無人機實際飛行過程中旋翼升力系數(shù)及反扭矩系數(shù)測量難度較大,此外,無人機易受到外界未知擾動的影響,為補償動力學模型中參數(shù)不確定性及外界擾動,本文設計了一類非線性自適應魯棒控制策略實現(xiàn)對無人機姿態(tài)和高度的控制。同時基于李雅普諾夫（Lyapunov）分析方法證明了無人機閉環(huán)動力學系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性,并通過半實物在環(huán)仿真平臺完成了鎮(zhèn)定及抗擾動飛行實驗,驗證了所... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

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固定翼無人機

隨著科學技術的進步與發(fā)展，無人飛行器 (Unmanned Aerial Vehicle，簡稱UAV) 迎來了井噴式的發(fā)展[1]。在諸多軍事民生領域替代了有人飛行器完成空中武裝打擊、軍事偵察監(jiān)視、航拍遙感測繪、快遞郵件派送甚至節(jié)慶婚禮拍攝等任務，節(jié)省了人力成本、簡化了飛行器布局、降低了危險系數(shù)，為人們的生產生活帶來了極大的便利，基于無人飛行器的研究也逐步成為了眾多學科的研究熱點[2][3][4]。如圖1-1-圖1-4所示，依照翼型結構，無人飛行器可主要分為以下幾類：固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機（Multiple Rotor Unmanned AerialVehicle)、撲翼無人機等[5]。不同翼型結構的無人機其特點也不盡相同，固定翼無人機，機翼與機身相連，類似于常見的飛機氣動布局，載重較大，可完成長距離飛行，多用于軍事領域；無人直升機氣動布局類似于常見的直升機，其飛行狀態(tài)的操縱由旋翼槳盤完成，這類無人機續(xù)航時間長，可垂直起降，在軍民領域都有巨大的應用前景；多旋翼無人機依靠調節(jié)各旋翼轉速實現(xiàn)升力與姿態(tài)的控制，這類無人機相比其他翼型無人機機械結構更為簡單緊湊，機動能力強，具備較好的操縱性，能夠適應室內外不同環(huán)境，因而在民用無人機領域發(fā)展最為迅猛[6]。

圖 1-3 多旋翼無人機 圖 1-4 撲翼直升機1.1研究 與多旋翼無人機能夠垂直起降（Vertical Takeoff and Landing 簡稱 VTOL）、定點懸停且體積輕便、機動性能良好、便于操作，是目前世界上小型民用無人飛行器廣泛采用的一種氣動構型[7]。早在上個世紀初，第一架四旋翼直升飛機便在法國成功試飛，然而由于多項技術瓶頸的限制，多旋翼氣動構型并沒有得到廣泛應用[8]。進入本世紀后，隨著新材料技術、微電子技術、微機電系統(tǒng) (MicroElectrical Mechanical System 簡稱 MEMS) 技術、導航與制導技術及飛行器控制技術等的突破式進步，關于多旋翼無人機的研究得以快速發(fā)展，這一類無人機開始在諸多領域嶄露頭角，扮演著愈發(fā)重要的角色，問世的多旋翼無人機產品也開始增多[9]。較為有代表性的如我國深圳市大疆創(chuàng)新科技公司推出的 INSPIRE 2 無人機，如圖1-5所示，其 加速時間僅為 秒，最大飛行速度可達 ，續(xù)航時間可達 27 分鐘，采用傳感器冗余技術，并具備一定的蔽障能力；我國零

【參考文獻】：
期刊論文
[1]大疆無人機目標紅外輻射特性測量及溫度反演[J]. 陳超帥,王世勇.  光電工程. 2017(04)
[2]UAV集群自主協(xié)同決策控制的研究現(xiàn)狀與分析[J]. 馬培蓓,紀軍,單岳春.  飛航導彈. 2017(03)
[3]無人機吊掛飛行的非線性控制方法設計[J]. 鮮斌,張旭,楊森.  控制理論與應用. 2016(03)
[4]四旋翼無人機姿態(tài)系統(tǒng)的非線性容錯控制設計[J]. 郝偉,鮮斌.  控制理論與應用. 2015(11)
[5]欠驅動四旋翼飛行器反演模糊自適應控制[J]. 楊立本,章衛(wèi)國,黃得剛,車軍.  西北工業(yè)大學學報. 2015(03)
[6]小型無人傾轉旋翼機氣動與操縱特性試驗研究[J]. 郭劍東,宋彥國.  空氣動力學學報. 2015(01)
[7]四旋翼飛行器在消防救援中應用前景廣闊[J]. 王旭東.  中國消防. 2014(19)
[8]四旋翼飛行器模型的氣動參數(shù)辨識[J]. 趙述龍,安宏雷,劉建平,馬宏緒.  電子測量與儀器學報. 2013(08)
[9]三旋翼飛行器動力學分析及建模[J]. 楊陽,崔金峰,余毅.  光學精密工程. 2013(07)
[10]智能無人機綜述[J]. 張濤,蘆維寧,李一鵬.  航空制造技術. 2013(12)



本文編號：3309113