摘要
倾转四旋翼无人机是融合无人直升机和无人固定翼飞机特点的新型无人机,它兼具有可垂直起降、载重量大以及巡航速度高等优点,是极具发展潜力的新型无人机种。 本文重点对倾转四旋翼无人机垂直起降阶段的控制系统进行了研究。首先确立了无人机垂直起降阶段的姿态和位置控制方案,采用经典力学理论对无人机进行了受力与力矩分析,建立了无人机垂直起降阶段的模型。并通过实体仿真与实验的方法确定了模型参数。 其次,建立了倾转四旋翼无人机各个控制回路的结构框图,然后用经典控制理论对无人机控制律进行了设计,包括三个姿态角回路与三个位置回路。通过仿真分析,验证了控制律的设计满足系统设计要求。 再次,设计了倾转四旋翼无人机控制系统的硬件结构、接口电路以及供电方案,对无人机系统的低功耗设计和电磁兼容设计进行了分析并给出了解决方案。在搭建好硬件平台后,在Keil编译器下对ADuCRF101微控制器进行编程,通过MEMS惯性元件和辅助传感器的反馈构建了闭环系统,实现了无人机位置和姿态的闭环控制。并借助ADuCRF101内置的无线射频收发器,实现了远程飞行数据回收功能。 最后,利用Visual Basic编写了无人机系统调试与监控界面,实现了对飞行控制参数的在线调节以及对飞行数据进行回收显示的功能。并对执行机构和传感器进行了调试与校准,完成了倾转四旋翼无人机的飞行试验。试验结果表明无人机可以稳定地实现垂直起降,验证了控制律和软硬件平台设计的有效性。
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