倾转四旋翼飞行器飞控系统设计

发布时间：2020-07-13 05:13

【摘要】：倾转旋翼飞行器是一种既可垂直起降又可以快速前飞的卓越飞行器。但从旋翼模式过渡到固定翼模式的倾转过渡过程控制难度较大,不易实现。而倾转四旋翼飞行器由于在机身上对称增加了一对旋翼,使得倾转过渡过程中,飞行器的重心始终维持在四个旋翼的中心,其纵向平面的稳定性加强,从而使所设计的飞行控制律鲁棒性更强,抗干扰能力也大大增加,有效地降低了飞行器的控制难度。倾转四旋翼飞行器有“工”字和“十”字两种构型,本文针对项目设计的“十”字型倾转四旋翼飞行器构型,提出了在倾转过渡过程中采用分步倾转的飞行控制策略,采用模块化建模方法,分别建立了倾转四旋翼飞行器的旋翼、机翼、机身、尾翼等气动模型,根据其飞行模式和运动方程,构建了倾转四旋翼飞行器的全模式飞行力学模型。在此基础上,针对飞行力学模型中线性较强的四旋翼飞行模式与固定翼平飞模式,采用串级PID控制方法进行飞行控制律设计,而对其非线性较强的倾转过渡飞行模式的控制律设计,则采用模糊自适应PID方法。随后,分别对三种飞行模式的滚转、俯仰、偏航和高度的控制进行了仿真分析,完成了飞行器飞行过程的可视化。进一步开发了基于PIXHAWK的整机飞控系统,以及基于ARM芯片的各硬件模块,编写了相应的测试与通信程序,研制了实验样机,开展了飞行器的外场试飞,对研制的“十”字型倾转四旋翼飞行器的飞控系统和飞行控制律进行了验证。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V275.1;V249.1
【图文】：

旋翼,构型,旋翼飞行器,倾转

图 1.1X 构型四旋翼图 1.2 十字构型四旋翼内外研究发展与现状于国外倾转旋翼机起步较早，已经有较多定型的机型。国外以倾转旋翼机的，进行倾转四旋翼飞行器的研究也更为方便。而国内对于倾转四旋翼飞行器的年限较短，所以很多工作仅仅还是停留在理论方面。国外在飞行器研制方面的发展与现状转四旋翼飞行器较早提出的两种构型分别是如图 1.3 所示在 1963 年提出的“行器[2]和如图 1.4 所示在 1966 年提出的“X-22A”倾转四旋翼飞行器[3]。

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1.1X 构型四旋翼图 1.2 十字构型四旋翼研究发展与现状倾转旋翼机起步较早，已经有较多定型的机型。国外以倾转旋翼机的关倾转四旋翼飞行器的研究也更为方便。而国内对于倾转四旋翼飞行器的研短，所以很多工作仅仅还是停留在理论方面。飞行器研制方面的发展与现状翼飞行器较早提出的两种构型分别是如图 1.3 所示在 1963 年提出的“X和如图 1.4 所示在 1966 年提出的“X-22A”倾转四旋翼飞行器[3]。

【参考文献】