倾转定翼四旋翼无人机垂直起降控制系统设计

发布时间：2017-01-19 21:57

  本文关键词：倾转定翼四旋翼无人机垂直起降控制系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

《南京信息工程大学》 2014年

倾转定翼四旋翼无人机垂直起降控制系统设计

胡镇  

【摘要】：倾转翼无人机兼具旋翼无人机和固定翼无人机的优点,能够垂直起降、定点悬浮,还可以高速巡航飞行。在飞行模式上有垂直起降飞行模式、过渡飞行模式和固定翼飞行模式,填补了旋翼飞机和固定翼飞机飞行速度包线之间的空白,因此能够胜任旋翼无人机或者固定翼无人机单独无法完成的任务,在军事和民用两方面均能发挥重要作用。本文以倾转定翼四旋翼飞行器为研究对象,建立了适用于室外飞行的倾转定翼四旋翼飞行器实验平台,并在此基础上,对倾转定翼四旋翼飞行器的垂直起降模式设计飞行控制算法。 首先,根据倾转定翼四旋翼飞行器对机身、控制以及飞行任务的要求,设计合理的飞行器机体,给出满足要求的微控制器、传感器和执行器等,对机体构型、硬件平台进行优化设计,最终完成倾转定翼四旋翼飞行器实验平台的设计。 其次,根据动力学原理建立倾转定翼四旋翼飞行器三种飞行模式的动态方程,并针对垂直起降模式进行线性化处理,在此基础上设计了控制器。控制算法主要采用PID控制算法、线性二次型控制算法和滑模变结构控制算法。为了达到实时控制的目的,本文提出了一种分层控制方法,并设计了三层控制器,包含姿态控制器、速度控制器和位置控制器。针对俯仰和滚转姿态控制,本文设计了使用线性二次型最优控制算法的控制器；针对水平方向的速度控制,本文设计了一种使用滑模变结构控制算法的控制器,该控制器对系统不确定性因素具有较强的鲁棒性和抗干扰性。 最后,设计机载嵌入式软件系统,对设计的控制器进行仿真验证,并在倾转定翼四旋翼飞行器实验平台上对算法进行了实际验证；飞行实验结果表明,本文建立的倾转定翼四旋翼飞行器实验平台和设计的实时控制器具有良好的性能。

【关键词】：
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V279;V249.1
【目录】：

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