【摘 要】
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随着航空设备与传感器技术的发展与完备,无人机低空遥感技术以其高分辨率、高效率、低成本等优势,展现了巨大的发展潜力和研究价值,广泛应用于民用、军用领域,成为人类感知复杂环境要素的智能无人系统。目前续航时间和飞行控制系统完备性仍制约着小型遥感无人机的发展,研究从实际应用出发,设计了一款用于遥感检测的轻型飞翼布局固定翼无人机平台,旨在承载固定载荷下突破航时约束,为轻型固定翼无人机设计与控制策略研究奠定理
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随着航空设备与传感器技术的发展与完备,无人机低空遥感技术以其高分辨率、高效率、低成本等优势,展现了巨大的发展潜力和研究价值,广泛应用于民用、军用领域,成为人类感知复杂环境要素的智能无人系统。目前续航时间和飞行控制系统完备性仍制约着小型遥感无人机的发展,研究从实际应用出发,设计了一款用于遥感检测的轻型飞翼布局固定翼无人机平台,旨在承载固定载荷下突破航时约束,为轻型固定翼无人机设计与控制策略研究奠定理论基础,提供技术支撑,主要研究内容如下:1.基于设计指标与性能要求,设计了无人机整体结构参数,利用CATIA建立了整机仿真模型,通过全面试验对翼尖小翼类型与后掠角进行了参数优化;基于计算流体力学（CFD,Computational fluid dynamics）获取了无人机的气动特性,计算得到理论续航时间,应用ANSYS流固耦合模型分析了巡航状态下的受力分布,仿真结果表明无人机的气动结构满足设计需求。2.分析并给出了固定翼无人机受力模型、动力学模型及运动学模型,基于CFD仿真分析获取了无人机的气动系数;通过试验测试对动力系统组件（电机、舵机、电池与桨叶）的参数进行了辨识分析;基于MATLAB/Simulink协同环境模块联合仿真建立了整机的仿真模型,分析了线性化模型与非线性模型的差异。3.设计了无人机整体的控制策略,基于串级PID控制方法建立了无人机稳定控制器,对PID参数进行了整定;在稳定控制器基础上,基于矢量场制导律与L1制导律设计了路径跟随控制器和路径点管理控制器。仿真结果表明,所设计的控制器具有较好的性能,在紊流条件下具有一定的鲁棒性。4.搭建了基于PX4的飞行控制系统,搭建了以Pixhawk控制器为核心的电控单元与遥感检测系统;通过户外实验验证了轻型固定翼遥感无人机姿态控制、高度控制、偏航角控制及续航性能。实验结果表明,飞行控制设计方法稳定有效,控制器能满足无人机飞行控制及遥感检测的功能要求,验证了控制策略的有效性。
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