倾转四旋翼飞行器短舱倾转过程控制技术研究

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1、硕士学位论文倾转四旋翼飞行器短舱倾转过程控制技术研究CONTROLTECHNOLOGYRESEARCHONTHENACELLETILTINGSTAGEOFQUADTILTROTORAIRCRAFT齐磊哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文倾转四旋翼飞行器短舱倾转过程控制技术研究硕士研究生：齐磊导师：王岩教授申请学位级别：全日制工程硕士学科、专业：控制工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:681.5D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringCONTROLTECHNOLOGYRESEARCHONTHENACELLETILTINGSTAGEOFQUADTILTROTORAIRCRAFTCandidate：QiLeiSupervisor：Prof.WangYanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ControlEngineeringAffiliation：DeptofControlScienceandEngineeringDateofOralExamination：Ju

3、ly,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要倾转四旋翼无人机是一种新型无人机，它结合了直升机垂直方向起落的特点以及固定翼涡轮飞机巡航速度快，航程远的特点，不仅对飞行场地的要求大大降低，而且还能够在大的载重量的情况下在更大的范围内飞行，这也是近些年来人们将目光逐渐转移到这类新型飞机上的原因。但是系统设计的难度并不是两种飞机难度的简单相加，由于其具有四个旋翼，并且存在各种干扰和耦合，那么对倾转旋翼无人机的设计难度将是空前巨大的。本文在小型倾转四旋翼无人机模型上对短舱倾转

4、阶段的控制系统进行设计研究。首先要明确倾转四旋翼无人机的飞行原理，即在从垂直起飞模式进入到短舱倾转过渡阶段最后到平飞阶段的相互转换，并给出在垂直起飞模式和短舱倾转模式调整无人机俯仰，滚转和偏航姿态的操纵方案与策略，根据操纵策略确定无人机的速度和短舱倾转角的过渡走廊曲线。然后对倾转四旋翼无人机的数学模型进行建立，首先在单个螺旋桨的情况下进行受力分析，接着对无人机的整体进行受力分析，并在机体坐标系，速度坐标系和地面坐标系下进行动力学方程和运动学方程的推导。接着通过实验确定无刷电机，电机驱动以及舵机的传递函数，并利用多回路的方法对直升机阶段和短舱倾转阶段的控制律进行设计。在对直升机模式的

5、控制系统设计时采用经典超前校正法，短舱倾转阶段由于参数变化，因此采取模糊PID控制方法。并分别进行仿真，满足系统要求。最后选取主控制器ADuC7026以及各种传感器和执行器硬件，并进行电路的设计。在Keil编译环境下对控制律以及各种接口的程序进行编写。对陀螺仪噪声的去除以及加速度计对陀螺仪零漂的修正进行了验证，测试结果达到初始要求，能够使无人机平稳过渡。关键字：倾转四旋翼无人机；短舱倾转；模糊PID；ADuC7026I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractQuadtiltrotorUAVisanewfour-rotorUAVwhichcombinesthecharacter

6、isticsofVTOLhelicopterandfixed-wingaircraftcruisingspeed,longrangecharacteristics.Itnotonlygreatlyreducetherequirementsofspaceflight,butalsotoflyinalargecaseloadinalargercontext.Thisisalsothereasonthatpeoplewilllookgraduallyshiftedtothesenewaircraftinrecentyears.Butthedifficultyofsystemdesigni

7、snotasimplesumofthetwoaircraftofdifficulty,becauseofitsfourrotors,andtherearevariousdisturbancesandcouplings,thenthequadtiltrotorUAVisdifficulttodesign.Thisarticlemakesastudyofthetransitionphaseofthecontrolsystemonasmalltiltingfour-roto