【摘 要】
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倾转旋翼无人机是一种兼具垂直起降与高速巡航能力的飞行器,自20世纪以来一致受到各国研究人员的广泛关注及热忱研究。本文提出了一种具备推力矢量机制的倾转三旋翼无人机,在进行总体设计并搭建实物平台之后,建立了机体的动力学模型并探索了无人机的抗扰跟踪及姿态增稳控制算法。本文的主要工作及贡献如下:首先,提出了一种倾转三旋翼无人机总体设计方案,论述了飞翼布局及三旋翼构型的优势,设计了无人机的气动外形并进行了流
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倾转旋翼无人机是一种兼具垂直起降与高速巡航能力的飞行器,自20世纪以来一致受到各国研究人员的广泛关注及热忱研究。本文提出了一种具备推力矢量机制的倾转三旋翼无人机,在进行总体设计并搭建实物平台之后,建立了机体的动力学模型并探索了无人机的抗扰跟踪及姿态增稳控制算法。本文的主要工作及贡献如下:首先,提出了一种倾转三旋翼无人机总体设计方案,论述了飞翼布局及三旋翼构型的优势,设计了无人机的气动外形并进行了流场仿真验证。其次,提出了基于双向倾转角的推力矢量机制,建立了无人机在直升机模式、过渡模式及固定翼模式下的动力学模型、运动学模型,基于旋翼测试台、CAD软件及CFD软件进行了无人机参数辨识。再次,设计了无人机的自主飞行策略,提出了基于平滑开关调度的SMDO-TECS飞行控制算法并重构了机体的全模式控制分配方案。随后,分别基于ROS及APM SITL仿真环境开展了无人机在全模式下的抗扰跟踪、姿态增稳控制仿真。最后,在地面实验通过的基础上,分别选择1级风与5级风天气进行了无人机在直升机模式下的轨迹跟踪、悬停抗扰实验。在直升机模式飞行稳定的基础上,选择1级风环境进行了过渡模式与固定翼模式飞行实验。实验结果表示,本文设计的无人机能够以较高的精度和较快的收敛速度完成全模式自主飞行实验,验证了所提出控制算法具有良好的鲁棒性及抗扰性能。
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