摘要倾转旋翼机是一种将固定翼飞机和直升机特点融为一体的新型飞行器，与直升机相比，倾转旋翼机航程远、航速高；与固定翼飞机相比，其具有可垂直起降的优势。但倾转旋翼机既有旋翼又有机翼，且基本结构复杂，飞行模式多样，结构、气动、控制等技术比一般飞机或直升机复杂得多，因此在建模与控制中存在许多技术难点。本文正是对倾转旋翼无人机结构进行分析和建模，构建其运动学与动力学方程，并在此基础上利用反步法设计整体系统的比例微分控制器，使得倾转旋翼机可以按照预定的轨迹完成飞行任务，并采用Matlab对系统进行仿真，证明其稳定性。 84299

毕业论文关键词  倾转旋翼机  反步法  比例微分控制  Matlab仿真

毕业设计说明书外文摘要

Title Modeling of tilting rotor machine and design of  tracking controller based on backstepping method   

Abstract Tilt-rotor aircraft is a new aircraft with the characteristics of fixed-wing aircraft and helicopters 。Compared with the helicopter, tilt-rotor aircraft has

far range and high speed; compared with the fixed-wing aircraft, it has the advantage of vertical take-off and landing。However, tilt-rotor aircraft has both

rotor and wing, and its basic structure is complex, flight model is various。 Its structure, pneumatic and control are much more complicated than the general aircraft or helicopter。 So there are many technical difficultiesin the modeling and control。 This paper is on the analysis and modeling of tilt-rotor UAV’s structure, construction of the kinematics and dynamics equations, and on this basis, we use the back-stepping method to design the overall system controller, making tilting-rotor craft can follow a predetermined trajectory to complete flight mission, and use matlab to  simulate the system,and prove its stability。

Keywords  Tilt-rotor aircraft  BACK-STEPPING  PD control   Matlab simulation

目   次

1  绪论 1

1。1  课题背景 1

1。2  倾转旋翼机概述 2

1。3  本文研究工作 4

2  倾转旋翼机运动学与动力学建模 5

2。1 引言5

2。2 本文建模思想5

2。3 倾转旋翼机的建模6

2。4 建模总结10

3  反步法控制算法 11

3。1 反步法概念11

3。2 反步法在非线性控制中的应用11

4  倾转旋翼机系统方程和反步法控制律设计 15

4。1  位置控制 15

4。2  旋转控制 17

4。3  状态变量最后修改的运动表达式 20

5  控制器仿真  21

5。1 倾转旋翼机轨迹跟踪仿真 21

5。2 仿真总结25

结论 26

致谢 27

参考文献28

附录A  matlab轨迹跟踪程序 30

1  绪论

1。1  课题背景

在飞行器大家族中，直升机是最为奇特的。它能够在空中灵活地向前飞，向后飞，侧着飞，甚至翻筋斗，它的起飞降落可以不需要机场，需要的仅仅是一块小小的空地，还具有垂直升降，在空中平稳悬停的功能。虽然优点很多，但是速度低、航程短、可靠性差，同时伴有巨大的噪音，并且操纵直升机也许相当复杂，这就导致了事故发生率也比其他飞行器来得高。以上的缺点，尤其是速度低，可靠性差，是直升机所固有的，想要改进很困难。因此人们总是想设计出更好的飞行器来弥补以上的缺点，超越直升机。

倾转旋翼机是一类新型飞行器，它综合了固定翼与直升飞机的特点，所以它有一个形象的称谓——空中混血儿[1]。对比直升机，倾转旋翼机航程远、航速高，这些是直升机的短板[2]。倾转旋翼机拥有固定翼飞机和旋翼飞机的优点，比如高速、低油耗、具有垂直起降的功能等。