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4.1 引言 19
4.2 小型共轴双翼直升机的控制原理 19
4.2.1 上升下降 19
4.2.2 前进后退 20
4.2.3 左右转向 21
4.3飞行控制器设计 22
4.3.1 垂向飞行控制 22
4.3.2航向差动控制 22
4.3.3水平行进控制 23
第五章 飞行器控制算法及仿真 25
5.1引言 25
5.2飞行器控制算法 25
5.2.1PID控制概述 25
5.2.2积分分离式PID控制算法 27
5.2.3积分分离式PID控制算法仿真 27
5.3 数字滤波器算法 31
5.3.1 速度反馈信号 31
5.3.2卡尔曼滤波算法 32
5.3.3滤波效果验证 33
第优尔章 飞行器实验 34
6.1硬件安装 34
6.1.1遥控端 34
6.1.2机载端 34
6.2控制程序的编写和下载 35
6.2.1遥控端程序 35
6.2.2机载端程序 36
6.3性能调试 38
6.4飞机试飞 40
第七章 总结和展望 41
7.1论文的主要工作 41
7.2论文的不足和展望 42
参考文献 43
致谢 . 44
附录1 45
附录2. 47
第一章 绪 论
1.1课题研究的背景和意义
现代小型无人机的应用起于1987年，美国AeroVironment公司开发了“指针”固定翼小型无人机，用于航拍用途，当时引起了世界的广泛关注。在近30年后的今天，无人机的种类的功能不在局限于固定翼飞行器，其功能也不局限于航拍。
就功能上来说，在军事上无人驾驶飞机(UAV)已经成为现代军事航空装备发展的重点之一，而能够实现侦察和攻击功能的无人作战航空器(UCAV)的兴起，则实现了无人机平台由侦察兵向战士的转变，无人机的广泛装备可以为地面部队提供前所未有的情报支持。
在民用领域中，无人机可以承担地质勘探、空中搜救、海洋测绘、气象勘测、农药喷洒、森林防火等任务。无人机的海洋环境检测的功能正被广泛应用。携带各种设备的无人机在检测海洋水质分析、入海污水排放和海洋微生物的移动情况的应用中展现出了极高的三文数据、高光谱和高分影像的获取能力。在一个航次内完成多项任务，大大提高了监视监测效率，节约了成本。
相比固定翼无人机，旋翼机的研究相对较晚，然而却取得了巨大的发展。因为其拥有着固定翼飞机无法达到的机动性——垂直起降；隐蔽性——长时间悬停；适应性——狭小空间飞行和无跑到起降。其次，相比固定翼无人机旋翼机的功能也要多得多。近几年来，处理器，传感器和执行机构的集成度越来越高，规模越来越大，处理速度越来越快，无人直升机的小型化也日趋月异，灵活性和隐蔽性大大增强，以满足全地形的使用需要。不仅在战场上侦查能用，街道上航拍能用，甚至在婚礼现场也能使用。
由此可见，小型旋翼无人机在军用和民用领域都有着广阔的应用前景。
本文研究基于小型共轴双翼直升机，主要研究其控制方法。
共轴双翼直升机是一种两旋翼在同一轴线，逆向旋转，使得两旋翼产生的扭矩彼此抵消的一种机种。其优点在于，首先从结构上来说，相比普通单旋翼机种，没有尾螺旋桨来平衡反扭矩作用，因此机身长度可大大缩短，小型化的程度更高。从控制的角度上来讲，减小了总尺寸和重量，航向（Yaw）控制比较容易。体现在飞行品质上的就是整体升力系统效率高，比其它旋翼布局，同等旋翼直径的直升机升力大12%。由于没有尾桨，因此全机尺寸紧凑，发动机的全部功率都用来驱动旋翼，提高了直升机贴地飞行的安全性。由于允许重心移动距离较大，机动性有所增加，且安定性好。
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