混合式VTOL无人机稳定转换飞行试验研究

发布时间：2020-07-14 01:52

【摘要】：垂直起降无人机是近几年新兴的一种无人机机型,包括混合式、倾转式、尾座式等多种类型,每种类型都有着各自的优点。其中混合式VTOL(垂直起降)无人机作为此类无人机的一个典型代表,具有结构简单,易于操作的特点,并且集合了多旋翼无人机和固定翼无人机的大部分优点,既可以以多旋翼状态垂直起降和悬停,也可以以固定翼状态高速飞行和大范围巡航,因此,诸多的优势使得混合式VTOL无人机开始逐渐发展起来并投入电力巡检,农业植保,地形勘测等行业的应用。其中由多旋翼转换至固定翼的飞行转换阶段成为了混合式VTOL无人机实现这些优势的关键。本文以PX4飞行控制系统为基础,对混合式VTOL无人机飞行状态转换阶段的控制算法进行研究。首先阐述了有关混合式VTOL无人机的研究背景和意义,国内外的发展现状和本文的主要研究内容。接着描述了混合式无人机的搭建工作及其系统组成,关于混合式VTOL的飞行原理分为多旋翼状态和固定翼状态两种独立的飞行状态进行了完整阐述,说明了飞行测试前的安全检查和设置,并完成了飞行测试。然后详细分析和梳理了PX4飞行控制系统的结构框架,具体包括PX4环境的搭建与程序的编译方法,uORB消息机制,飞行控制栈,位置控制算法,姿态控制算法和手动、辅助、自动三大类飞行模式。然后设计并实现了以飞行速度的平方最为参考点来分配多旋翼和固定翼在过渡态的控制比例,并针对多旋翼姿态和位置控制器外加tanh(x)函数以控制输出范围的控制方法。然后介绍了Gazebo仿真环境与PX4的关系,最后通过Gazebo仿真环境完成了飞行试验验证,并对得到的飞行数据曲线图进行了详细的分析及阐述。
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V217
【图文】：

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ｖ．逡逑ｚ逡逑图１＊４京东ＶＴＯＬ垂直起降固定翼无人机逡逑（２）成都纵横自动化大鹏无人机逡逑纵横自动化是一家专注于无人机制造的公司，该公司在混合式垂直起降无人逡逑机方面有着一定竞争优势，譬如“ＣＷ－１０大鹏”如图１－５所示。“ＣＷ－１０大鹏”是以逡逑固定翼为基础，在两侧的机翼上增加了多轴动力单元，实现了垂直起降和低空及逡逑低速飞行的功能［３１］。此款无人机身长１．６ｍ，机翼展２．６ｍ，最大起飞重量为１２ｋｇ，逡逑可以空中持续飞行长达９０分钟。值得一提的是，“ＣＷ－１０大鹏”的组装结构极其逡逑简单，仅需一到两位操作人员即可在很短的时间内完成整机的拼装，同时也极大逡逑的提高了飞机的可携带性。逡逑：一邋３＾逡逑图１－５邋ＣＷ－Ｉ０大鹏逡逑“ＣＷ－２０大鹏”如图１－６所示，除了在“ＣＷ－１０大鹏”的基础上进行了尺寸的逡逑６逡逑

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（２）成都纵横自动化大鹏无人机逡逑纵横自动化是一家专注于无人机制造的公司，该公司在混合式垂直起降无人逡逑机方面有着一定竞争优势，譬如“ＣＷ－１０大鹏”如图１－５所示。“ＣＷ－１０大鹏”是以逡逑固定翼为基础，在两侧的机翼上增加了多轴动力单元，实现了垂直起降和低空及逡逑低速飞行的功能［３１］。此款无人机身长１．６ｍ，机翼展２．６ｍ，最大起飞重量为１２ｋｇ，逡逑可以空中持续飞行长达９０分钟。值得一提的是，“ＣＷ－１０大鹏”的组装结构极其逡逑简单，仅需一到两位操作人员即可在很短的时间内完成整机的拼装，同时也极大逡逑的提高了飞机的可携带性。逡逑：一邋３＾逡逑图１－５邋ＣＷ－Ｉ０大鹏逡逑“ＣＷ－２０大鹏”如图１－６所示，除了在“ＣＷ－１０大鹏”的基础上进行了尺寸的逡逑６逡逑

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