倾转旋翼无人机动力学建模与控制系统设计
2021年电子技术应用第5期
刘建龙，窦银科，左广宇
太原理工大学 电气与动力工程学院，山西 太原030024
摘要： 倾转旋翼无人机综合了四旋翼无人机垂直起降、悬停与固定翼无人机远距离、高速度航行的能力，是一种新模式的无人机。通过对此类无人机桨叶的拉力分析和计算，建立了倾转旋翼无人机的动力学模型,并对模型中拉力系数、舵机电机响应等进行测量。同时针对多路PWM输出，设计了控制电路。对倾转舵机倾转过程进行程序设计，完成两种模态的过渡过程。测试结果表明，控制系统可以完成倾转过程并实现自稳定调节。
中图分类号： TP20；V279
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200840
中文引用格式： 刘建龙，窦银科，左广宇. 倾转旋翼无人机动力学建模与控制系统设计[J].电子技术应用，2021，47(5)：59-63.
英文引用格式： Liu Jianlong，Dou Yinke，Zuo Guangyu. Dynamic modeling and control system design of tilt-rotor UAV[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：59-63.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200840
中文引用格式： 刘建龙，窦银科，左广宇. 倾转旋翼无人机动力学建模与控制系统设计[J].电子技术应用，2021，47(5)：59-63.
英文引用格式： Liu Jianlong，Dou Yinke，Zuo Guangyu. Dynamic modeling and control system design of tilt-rotor UAV[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：59-63.
Dynamic modeling and control system design of tilt-rotor UAV
Liu Jianlong，Dou Yinke，Zuo Guangyu
College of Electrical and Power Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China
Abstract： Tilt-rotor UAV(unmanned aerial vehicle), integrating the VTOL(vertical take-off and landing) and hovering of the four-rotor UAV and long-distance and high-speed navigation capabilities of the fixed-wing UAV, is a new model of UAV. In this paper, the dynamic model of tilt-rotor UAV is established by analyzing and calculating the pulling force of such UAV blades. And this paper measures the response of pulling force coefficient and steering gear motor in the model. At the same time, a control circuit is designed for multiple PWM outputs. The program is designed for the tilt angle and tilt process to complete the transition process of the two modes. The test result shows that the control system can complete the movement of the tilting process and realize self-stabilization.
Key words : tilt rotor；system identification；PWM；circuit design
0 引言
近年来无人机技术水平不断发展，为提高无人机性能，垂直起降无人机逐渐成为无人机研究领域内的热点问题之一。作为垂直起降无人机的一种方案，倾转旋翼无人机受到广泛的关注。倾转旋翼无人机是在四旋翼无人机的基础上，将飞行方向的前两个旋翼增加倾转舵机实现由垂直方向向水平方向上的倾转。美国波音公司和贝尔直升机公司(Boeing Bell)联合开始研发的“鱼鹰”号无人机最早实现这种倾转模式[1]。这种无人机的飞行模式分为3种模态：固定翼模态、倾转过程模态与四旋翼模态。四旋翼模态可以使无人机进行垂直起飞与降落，减少传统固定翼无人机起飞所需要的空间；固定翼模态可以进行高效率远距离的航行；倾转过渡模态是这两种模态的衔接过渡过程[2]。
本文对四旋翼的倾转旋翼无人机任务模式分析并进行了动力学建模。通过拉力实验得到了模型中常系数。通过对倾转过程的研究，规划倾转过程控制策略，并为此设计了控制电路，使得飞行器的可以在预定时间内完成倾转过程。
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作者信息:
刘建龙，窦银科，左广宇
(太原理工大学 电气与动力工程学院，山西 太原030024)
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