倾转旋翼机是一种兼具了固定翼飞机和旋翼飞机飞行特点的新型飞机。由于其具有垂直起降、巡航速度快等特点,从上世纪八十年代以来关于倾转旋翼机的研究在航空航天领域掀起了一股热潮。由于倾转旋翼机结构复杂、系统的耦合性强、多模态飞行的特点,建立准确的数学模型并设计合理的控制器是研究的难点所在。本文以一种四旋翼起降、前端双旋翼倾转(DTR)的新型倾转旋翼无人机为研究对象,以实现飞行模态稳定切换和巡航任务规划为目标展开研究,主要工作内容如下:本文首先根据DTR无人机自身受力特点和空气动力学原理,对机身各部分受力情况和力矩进行了分析。建立了惯性坐标系、旋翼坐标系和机体坐标系,运用牛顿-欧拉公式建立了 DTR无人机的动力学模型。针对无人机不同的飞行模态,根据假设条件对模型做了合理的简化,并最终建立了 DTR无人机垂直起降、模态切换阶段的动力学模型。针对垂直起降阶段,根据所建立的动力学方程采用经典的四旋翼起降方案运用双环PID控制方法设计了无人机起降姿态控制器,并通过仿真实现了定点起飞和对姿态的有效控制。针对前端双旋翼倾转即模态切换阶段,由于系统的高度耦合并且欠驱动的特性,利用反步法使子系统逐级镇定并最终设计了能够实现模态切换平稳过渡的非线性控制器。通过仿真表明,该控制器能够实现模态切换的平稳过渡。最后,利用线性时序逻辑(LTL)理论为倾转旋翼机进行巡航任务规划。首先建立了倾转旋翼机的飞行环境模型并将其转化成可扩展加权切换系统。其次将巡航任务用LTL公式进行描述并用LTL2BA工具将其转化成Buchi自动机。再将切换系统与Buchi自动机做笛卡尔乘积生成Product自动机。最后在飞行约束条件下利用粒子群算法为倾转旋翼机进行路径寻优。通过仿真实验,此方案能使倾转旋翼机有效地完成既定的巡航任务并保持姿态的稳定。