混合式VTOL无人机无模式切换飞控系统研究

发布时间：2020-09-03 19:47

　　混合式垂直起降(VTOL)无人机融合了多旋翼、固定翼无人机的优势。它具有多旋翼垂直起降和空中悬停的特点又兼具固定翼高速巡航的特点,在航空测绘、物流配送等领域取得了飞速的发展。在面对愈发复杂的外界环境时,为了降低混合式VTOL无人机的操作难度及保持其优良的飞行稳定性能,对混合式VTOL无人机飞行控制系统的研究尤为重要。本文以PX4开源自动驾驶仪为基础,对混合式VTOL无人机的控制系统进行研究。文章第一部分描述了混合式VTOL无人机的基本组成,对动力系统和控制系统各组成部分的功能予以说明;理清“X”型四旋翼、固定翼以及混合式VTOL无人机的基本飞行原理;梳理飞行实验的注意事项。第二部分对PX4飞行控系统进行全面解析,介绍飞控系统的总体框架以及进程间通信机制;分析PX4飞行控制栈的整体架构、目录结构以及飞行控制过程;梳理PX4飞行控制栈的姿态估计算法和四旋翼姿态控制算法。第三部通过对混合式VTOL无人机四旋翼部分的建模分析,设计非线性动态逆、增量式非线性动态逆控制器实现四旋翼无人机的姿态控制;应用PX4飞行控制栈的软件在环仿真,在Gazebo仿真环境下进行混合式VTOL无人机的阵风扰动飞行实验,验证控制系统的稳定性和鲁棒性。第四部分针对混合式VTOL无人机操作复杂的问题,提出无模式切换概念;通过对PX4混合式VTOL无人机姿态控制模块的分析,研究模式切换原理,设计无模式切换功能,实现多旋翼、固定翼状态间的自动切换;通过仿真飞行实验,验证无模式切换功能的可靠性。
【学位单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V279;V249.1
【部分图文】：

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图１－１成都纵横“ＣＷ－３０”逡逑２）武汉智能鸟“ＫＣ－３４００”逡逑“ＫＣ－３４００”无人机，如图１－２所示，具有以下特点：垂直起降固定翼，解决逡逑降难题，可在５＊５ｍ２的场地实时起降，实时ＲＴＫ定位，起降精度控制在１０公逡逑，，、；，

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ＰＺ’逡逑图１－２武汉智能鸟“ＫＣ－３４００”逡逑３）京东“ＶＴＯＬ垂直起降无人机”逡逑足东公司在第二届亚洲消费电子展（ＣＥＳ邋Ａｓｉａ）展示了如图１－３所示的垂直起逡逑降无人机，它的防水、抗风特性使其可以在恶劣的自然环境下进行物流作业，同逡逑时航行时间长、飞行速度快的优点大大提升了物流效率。该型号的无人机凭借其逡逑飞行灵活、操作简单等优势，被用来解决偏远地区快递运输困难的问题，与现有逡逑的物流系统互补，完善京东村镇物流体系。逦．逡逑ｃ逡逑图１－３京东“ＶＴＯＬ垂直起降无人机”逡逑３逡逑

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图１－２武汉智能鸟“ＫＣ－３４００”逡逑３）京东“ＶＴＯＬ垂直起降无人机”逡逑足东公司在第二届亚洲消费电子展（ＣＥＳ邋Ａｓｉａ）展示了如图１－３所示的垂直起逡逑降无人机，它的防水、抗风特性使其可以在恶劣的自然环境下进行物流作业，同逡逑时航行时间长、飞行速度快的优点大大提升了物流效率。该型号的无人机凭借其逡逑飞行灵活、操作简单等优势，被用来解决偏远地区快递运输困难的问题，与现有逡逑的物流系统互补，完善京东村镇物流体系。逦．逡逑ｃ逡逑图１－３京东“ＶＴＯＬ垂直起降无人机”逡逑３逡逑

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