近年來,一種結(jié)合旋翼無人機和固定翼無人機優(yōu)點的新型無人機—傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機（UQTW）引起了很多科研工作者和工程人員的注意。該無人機兼具可垂直起降、機動性強與大航程高速度的優(yōu)點,在軍用與民用領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。本文以UQTW為研究對象,重點研究了UQTW在過渡飛行階段和垂直起降階段的姿態(tài)控制方法。首先,本文針對實際情況進行了微控制器、執(zhí)行器和傳感器等器件的選型;然后對傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機的飛控電路與通信系統(tǒng)進行了介紹；最終搭建了傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機的硬件平臺。其次,本文對UQTW進行動力學分析,得到了UQTW的數(shù)學模型并做了相應的簡化處理。在此基礎(chǔ)上,針對過渡飛行模式設計了基于自適應反步法的姿態(tài)控制系統(tǒng),針對垂直起降模式設計了基于模型參考滑模的姿態(tài)控制系統(tǒng)。并且,由于所設計的控制系統(tǒng)是基于反饋的閉環(huán)系統(tǒng),所以本文設計了一套基于四元數(shù)和梯度下降法的多傳感器數(shù)據(jù)融合姿態(tài)解算方法。然后,本文對所設計的控制系統(tǒng)進行了仿真實驗。仿真結(jié)果表明,在過渡飛行模式下,本文所設計的姿態(tài)控制系統(tǒng)可以使得無人機在低速飛行的狀態(tài)下實現(xiàn)姿態(tài)控制并可以平穩(wěn)過渡；在垂直起降模式下,本文所設計的姿態(tài)控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定地跟蹤遙... 

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究歷史和現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 課題研究內(nèi)容及章節(jié)安排
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 章節(jié)安排
第二章 UQTW平臺簡介
    2.1 引言
    2.2 UQTW機體介紹
    2.3 UQTW控制系統(tǒng)硬件簡介
        2.3.1 UQTW控制系統(tǒng)整體框架
        2.3.2 控制芯片模塊
        2.3.3 電機與舵機模塊
        2.3.4 傳感器模塊
        2.3.5 電源模塊
        2.3.6 無人機通信系統(tǒng)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 UQTW建模
    3.1 引言
    3.2 坐標系及坐標轉(zhuǎn)換
    3.3 UQTW總體建模
    3.4 UQTW機體受力分析
        3.4.1 旋翼產(chǎn)生的力與力矩
        3.4.2 機翼產(chǎn)生的力與力矩
        3.4.3 重力與機身阻力
    3.5 UQTW的動力學模型
        3.5.1 過渡飛行模式下的動力學模型
        3.5.2 垂直起降模式與飛機模式下的姿態(tài)角動力學模型
    3.6 本章小結(jié)
第四章 過渡飛行模式下基于自適應反步法的姿態(tài)控制
    4.1 引言
    4.2 反步法與自適應反步法簡介
        4.2.1 反步法控制方法
        4.2.2 自適應反步法控制方法
    4.3 模型簡化與子系統(tǒng)劃分
    4.4 姿態(tài)控制器設計
        4.4.1 基于反步法的控制器設計
        4.4.2 基于自適應反步法的姿態(tài)控制器設計
    4.5 仿真實驗與分析
        4.5.1 控制器參數(shù)分析
        4.5.2 不同傾轉(zhuǎn)角度下姿態(tài)角的控制效果
        4.5.3 抗干擾分析
        4.5.4 自動過渡階段控制效果
    4.6 本章小結(jié)
第五章 垂直起降模式下基于模型參考滑模的姿態(tài)控制
    5.1 引言
    5.2 垂直起降模式下姿態(tài)改變原理
    5.3 由輸入指令到姿態(tài)角的模型
    5.4 基于模型參考滑�？刂评碚摰淖藨B(tài)控制
        5.4.1 模型參考滑模控制簡介
        5.4.2 姿態(tài)控制器設計
        5.4.3 仿真實驗
    5.5 姿態(tài)解算法的設計
        5.5.1 四元數(shù)法簡介
        5.5.2 基于梯度下降的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法
        5.5.3 仿真實驗
    5.6 飛控軟件的設計與實現(xiàn)
        5.6.1 主程序總體設計
        5.6.2 數(shù)據(jù)采集與處理
        5.6.3 飛行實驗
    5.7 本章小節(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 本文存在不足和展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]四旋翼飛行器航姿測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合方法[J]. 張浩,任芊.  兵工自動化. 2013(01)
[3]永磁無刷直流電機及其控制[J]. 夏長亮,方紅偉.  電工技術(shù)學報. 2012(03)
[4]應用于多旋翼MAVs的姿態(tài)測量系統(tǒng)[J]. 葉小嶺,杜浩,王偉.  傳感技術(shù)學報. 2012(03)
[5]平板大攻角繞流升力和阻力系數(shù)的計算[J]. 姜海波,曹樹良,程忠慶.  應用力學學報. 2011(05)
[6]傾轉(zhuǎn)旋翼機多模型縫合技術(shù)研究[J]. 郭劍東,宋彥國,夏品奇.  飛行力學. 2011(03)
[7]傾轉(zhuǎn)旋翼機傳動系統(tǒng)動態(tài)效率研究[J]. 郭家舜,王三民,袁茹.  航空動力學報. 2010(08)
[8]V-22后繼者:四傾轉(zhuǎn)旋翼機[J]. 馬援.  國際航空. 2007(03)
[9]基于地磁原理的計轉(zhuǎn)數(shù)傳感器技術(shù)研究[J]. 沈波,黃曉毛,王志興,陳荷娟,賴百壇.  兵工學報. 2003(03)
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博士論文
[1]基于反步法的欠驅(qū)動UUV空間目標跟蹤非線性控制方法研究[D]. 賈鶴鳴.哈爾濱工程大學 2012

碩士論文
[1]傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機垂直起降階段控制系統(tǒng)研究[D]. 王巖.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[2]小型四傾轉(zhuǎn)旋翼機（QTR）控制系統(tǒng)設計[D]. 翟琨.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[3]四旋翼飛行器飛行控制算法的研究[D]. 凌金福.南昌大學 2013
[4]四旋翼飛行器控制系統(tǒng)構(gòu)建及控制方法的研究[D]. 程敏.大連理工大學 2012
[5]小型無人駕駛飛行器自主飛行控制研究[D]. 史頡華.南京航空航天大學 2012
[6]傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器飛行控制與實時仿真[D]. 杜明然.南京航空航天大學 2012
[7]傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器過渡段仿真研究[D]. 萬華芳.南京航空航天大學 2011
[8]傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器建模及仿真研究[D]. 程尚.南京航空航天大學 2010
[9]基于反步法的微型四旋翼無人飛行器非線性自適應控制研究[D]. 黃牧.天津大學 2009
[10]無人傾轉(zhuǎn)旋翼機飛行力學建模與姿態(tài)控制技術(shù)研究[D]. 沙虹偉.南京航空航天大學 2007



本文編號：3716960