由于倾转定翼无人机兼具固定翼和直升机的优点,既能快速飞行又能垂直起降,因而在军用、民用领域都有很大的需求和发展空间。但是在过渡模式阶段,由于机体结构发生变化,系统易发生受力不均衡的现象,这不仅降低了飞行的稳定性,而且增加了过渡模式下控制系统设计的难度。针对这个问题,本文以倾转定翼机XC-142的机型为参考模型,基于Newton-Euler方程建立其动力学模型,并在此基础上,引入李雅普诺夫指数量化稳定性分析方法和滑模变结构控制方法,从机械结构优化和姿态控制的角度出发,实现无人机的平稳飞行。主要内容包括:(1)搭建样机平台。参考了 XC-142机型,从机体结构、动力装置、硬件软件系统等方面进行样机设计,分析其飞行原理,确定飞行操纵方式。(2)动力学建模及机械结构优化。通过Newton-Euler方程对位置和姿态角进行动力学建模,在建立的动力学模型基础上,选用李雅普诺夫指数方法,构造无人机机械结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系,以此指导系统的机械结构设计。(3)控制器设计。在建立的动力学模型基础上,设计本文样机过渡模式和垂直起降模式下的滑模控制器和PID控制器,在Simulink环境下进行模型搭建及仿真,对比两种算法下的姿态控制效果。(4)飞行实验验证。在搭建的倾转定翼无人机样机平台上验证本文控制系统和优化机械结构的可行性。