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摘要旋翼/固定翼混合模式无人飞行器以独特的结构设计将两种飞行模式结合起来，发挥了旋翼和固定翼飞行器的各自优点，在军事及民用领域具有广阔前景。本文基于搭建的旋翼/固定翼混合模式无人飞行器平台，利用牛顿-欧拉法建立了该飞行器两种模式下的数学模型，并对数学模型中的有关参数，利用实验测量以及 Solidworks辅助设计对参数进行了辨识。其次采用小扰动分析法对建立的数学模型作了线性化处理，在了解 PID 控制器的基本原理的基础上，通过调节 PID 参数设计了混合模式飞行器的控制器，并利用 Matlab\Simulink进行了仿真，仿真结果证明系统具有很好的稳定性和鲁棒性。22283
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毕业论文关键词 旋翼/固定翼混合模式无人飞行器 数学模型 参数识别 PID 控制仿真实验Title Modeling and controlling of the aircraft integrating
fixed-wing and rotorcraft
Abstract
The research on aircraft mainly concentrates on the design of the
combination of fixed-wing and rotorcraft, and the advantage of fixed wing
plane and rotor helicopter is also considered. Such design approach has
broad application prospects in both military and civil field.
Based on the platform of the aircraft which integrates fixed-wing and
rotorcraft, the Newton-Euler method is used to develop the model of the
aircraft. Furthermore, the system parameters are identified by the
experiments with the aid of solidworks .
Then, the model of the aircraft is linearized based on the small
perturbation method, and the fundamental principle of PID controller is
presented briefly. Next, a numerical simulation is conducted to test the
validity of the main results by Simulink in which the effectiveness of the
PID controller is well shown.
Keywords aircraft integrating fixed-wing and rotorcraft , mathematical
model ,parameter identification ,PID controller ,simulation experiment
目 次
1 绪论.1
1.1 研究背景1
1.2 国内外发展现状和问题提出1
1.3 本文的工作和结构框架3
2 旋翼/固定翼混合模式无人飞行器建模4
2.1 引言4
2.2 坐标系的建立4
2.3 飞行原理6
2.4 旋翼/固定翼混合模式无人飞行器非线性模型的建立.8
2.5 本章小结.13
3 旋翼/固定翼混合模式无人飞行器非线性模型的参数辨识.14
3.1 引言.14
3.2 共轴双桨电机扭矩测量.14
3.3 固定翼模式下转动惯量的测定.15
3.4 本章小结.19
4 固定翼模式下飞行器模型的简化与PID 控制器设计20
4.1 引言.20
4.2 固定翼模式下飞行器动力学模型的线性化.20
4.3 固定翼模式下飞行器控制器设计.23
4.4 本章小结.27
总结与展望.28
致谢.29
参考文献.30 1 绪论
1.1 研究背景
无人机最初诞生于20 世纪50 年代，由于欧美等一些国家对无人机研究的重视，
无人机技术发展迅速。进入 21 世纪，空中机器人技术已逐渐成熟，性能也逐步完善，
小型化、智能化和隐身化成为其新的发展方向[1]
。近年来，无人机的研制发展迅速，
已经成为国际前沿和热门课题[2]。
由于无人机具有成本低、无人员伤亡风险、机动能力好、用途广泛、效费比好、
生存能力强、使用方便等优点，其在现代战争中有着很重要的作用[3]。如执行各种非
杀伤性任务或者各种软硬杀伤性任务,包括战场侦察、巡逻、监视、远程打击、炮火
校射、激光制导、电子干扰，甚至可以拦截战术导弹和巡航导弹等，以及反装甲、反
辐射和反舰艇等防御战略任务。除了军事用途之外，无人机在民用和科学研究上也得
到了广泛应用，其在航空拍照、森林防火巡查、高速公路管理、高压输电线路巡视、