旋翼/固定翼混合模式无人飞行器建模与控制(3)
短，而直升机的飞行控制比较困难。固定翼飞机虽然可以实现长时间空中飞行，但是
它难以实现空中悬停。因此，设计一种具有悬停功能并且可长航时飞行能力的结构简
单控制方便的无人飞行器将成为必然趋势。而本文所研究的是旋翼/固定翼混合模式
无人飞行器，该飞行器采用共轴双桨技术，以收展机翼为升力结构设计，实现两种飞行模式之间的转换。该飞行器既具有旋翼飞行器特有的在低空低速条件下灵活机动飞
行，包括垂直起降、悬停、后飞、侧飞等飞行性能，又具备固定翼飞行器的高空、高
速、高效、可远距离飞行等优点。由此可见，该机型的成功设计与实现，将在军事及
民用领域具有广阔前景。但是就目前而言，旋翼/固定翼混合模式无人飞行器还没有
较为完善的机械变形结构，能够实现两种模式下的快速稳定的转换，也没有精确的数
学模型，而且在飞行过程中不是非常的稳定，需要设计有效的控制器，这也是我们将
要研究的工作。
1.3 本文的工作和结构框架
本文主要在搭建了旋翼/固定翼混合模式无人飞行器硬件平台的基础上，对旋翼
和固定翼两种模式下飞行器分别进行了数学建模并进行了参数辨识，设计了控制器并
进行了仿真。
本论文共分四章，基本结构及各章的主要内容如下：
第一章介绍了本文的研究背景、飞行器的发展历史以及国内外研究现状，并阐述
了本文的研究意义。
第二章介绍了旋翼/固定翼混合模式无人飞行器模型建立的相关内容，首先论述
了建立模型中一些必须的基础知识，然后简单介绍了旋翼/固定翼混合模式无人飞行
器的飞行原理，接着根据导航方程与牛顿—欧拉方程逐步推导出旋翼/固定翼混合模
式无人飞行器的数学模型。
第三章介绍了旋翼/固定翼混合模式无人飞行器模型的参数辨识，首先通过实验
测量了共轴双桨的扭矩，然后介绍了利用 Solidworks 软件辨识一些不易测量与计算
的参数的方法，并通过此方法辨识电机和机体转动惯量等参数。
第四章介绍了采用小扰动法将旋翼/固定翼混合模式无人飞行器的数学模型进行
线性简化处理，介绍了 PID 控制器的基本原理。基于简化后的旋翼/固定翼混合模式
无人飞行器的数学模型为其设计了PID 控制器，进行了控制仿真分析，表明该控制算
法适用于旋翼/固定翼混合模式无人飞行器的飞行控制，且具有很好的稳定性和鲁棒性。