【正文】 本文所闡述的是針對變結構可傾轉多旋翼無人機的這一新型概念機。隨著對論文的深入，加深了對無人機本身的認知面和知識點。 對于我國來說，我國具有廣闊的海岸線，同時就需要一種新型的裝備來幫助我國維護我家主權安全和國境線安全的智能無人可全天候的新型裝備。增添可傾斜的固定翼和旋翼，在水平飛行時利用空氣動力升力來彌補四旋翼的承載與續(xù)航能力不足的缺欠。 伴隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，戰(zhàn)爭是對一切科技技術應用的前提，對于現(xiàn)在航母的艦載機中受到場地的限制和戰(zhàn)爭時起飛時間的限制，只能讓艦載機在盡可能小的場地下完成起降，是現(xiàn)在目前現(xiàn)實的需要。近年來多旋翼無人機技術的發(fā)展，特別是微小型姿態(tài)傳感器和嵌入式電子元器件的發(fā)展，使得基于多旋翼結構來實現(xiàn)這一概念成為可能。 4 變結構無人機的 前景 狀況 目前變結構可傾轉多旋翼無人機還處于發(fā)展階段，對于變結構的理論尚處于完善階段，但理論上已被進一步確認是可行的，所以對于現(xiàn)在的變結構無人機需要一個可行的完善的方案來實現(xiàn)變結構的完美和傳統(tǒng)無人機結合， 為了合理應用常規(guī)直升機的優(yōu)點和常規(guī)客機的優(yōu)點并有效結合二者優(yōu)勢 ， 這就需要一種全新的無人機在對這二者做到一種有機的結合。 其中可實行的方案有在機翼兩端分別安裝舵機或其他動力輸出裝置來實現(xiàn)機翼的變結構功能，或者控制懸疑的兩端的電機來實現(xiàn)電機多帶的螺旋槳的水平方向的朝向，可以通過改變旋翼的水平面來實現(xiàn)動力方向，進 而改變姿態(tài)。 3 可傾轉變結構無人機 它 結合了 直升機 和 噴氣式客機 的新概念型無人機。 變結構無人機在國內 的商 業(yè)市場 還處于 研制 階段 。 20世紀開始，科研人員就發(fā)現(xiàn)了這一理論上的缺點希望能在這二者之間尋求平衡找到一種合理解決這二者矛盾體的方案。 伴隨著無人機的市場的開發(fā)和擴大，國內在相關領域的研發(fā)和技術得到進一步的提高，在商業(yè)市場不斷擴大的趨勢下，無人機領域也在不斷壯大，一種全新的適用于民用軍事的新型概念機將誕生于世。 隨著無人機的發(fā)展， 四十 年代 亞空間 巡航 亞音速 的新型式無人機得到應用。 國內無人機的發(fā)展現(xiàn)狀 國內的無人機發(fā)展一直處在一種追趕的腳步，建國之后國外對國內的諸多技術禁運，使國內很多技術都需要國人自己去摸索。二十年代的概 念模仿蜜蜂的新式無人機可以說是這一新型事物的處女座與此同時無人機被 用于執(zhí)行 高 空 遠距離 偵察。英國卡德爾將軍提出 制造一種在沒有人駕駛的情況下并且攜帶炸藥的飛機 ，可以按之前設置好的預定地點飛到預定地點上空進行作戰(zhàn)。 flight control program。無人機在變結構中的控制還不完善，有必要對其進行進一步的控制完善和改善。 畢業(yè)設計 (論文 ) I 多旋翼無人機變結構控制電路設計與實現(xiàn) 中文摘要 小型 可變結構的 無人駕駛的旋翼機，簡稱為 變結構 無人機 ,是一種處于現(xiàn)代化發(fā)展中涉及軍 、農、工 等 領域的新型概念裝備， 滿足靈活 、快速、安全 、可 遠距離操控 ，并且可以 到一些人類無法到達的地域 等優(yōu)點。目前無人機動力源一定的情況下在空中僅能提 供給無人機本身重量的短距離續(xù)航能力，而無法實現(xiàn)長距離的飛行，同時動力源一定的情況下載重量過小。 control circuit。 III 目錄 第一章 緒論 ............................................................................................. 1 無人機的發(fā)展歷程 ........................................................................ 1 國外無人機的發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................... 1 國內無人機的發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................... 1 變結構無人機的 前景 與未來 ......................................................... 2 變結構無人機的優(yōu)勢 ........................................................... 2 變結構無人機的 前景 狀況 .................................................... 4 變結構無人機的未來 ........................................................... 4 總結 .............................................................................................. 5 第二章 四旋翼無人機的基本數(shù)學模型分析及姿態(tài)控制算法 .................... 6 四旋翼無人機的結構和飛行理論 .................................................. 6 無人機的系統(tǒng)組成 ............................................................... 6 四旋翼無人機的飛行理論 .................................................... 7 傳統(tǒng)四旋翼無人機的基本數(shù)學模型 ............................................ 10 動力學方程 ....................................................................... 10 控制系統(tǒng)狀態(tài) .................................................................... 16 四旋翼無人機的姿 態(tài)控制算法 ................................................... 18 控制算法流程 .................................................................... 19 總結 ............................................................................................ 21 第三章 變結構控制和四旋翼理論結合的理論基礎 ................................. 22 多旋翼無人機中四旋翼變結構理論基礎 ..................................... 22 變結構理論實現(xiàn)分析 ......................................................... 22 總結 ............................................................................................ 25 第四章 控制實現(xiàn)變結構功能的機械和程序設計 .................................... 26 實現(xiàn)變結構功能的機械設計 ....................................................... 26 變結構機械結構設計 ......................................................... 26 變結構無人機的基本控制主程序 ............................................... 26 控制基本流程 及仿真模擬 .................................................. 26 變結構控制程序 ......................................................................... 31 控制主程序及關鍵程序編寫 .............................................. 31 總結 ............................................................................................ 33 第五章 實現(xiàn)變結構功能的硬件及電路設計 ............................................ 34 變結構無人機的硬件組成及功能 ............................................... 34 變結構無人機的硬件組成 .................................................. 34 變結構無人機的電路設計及組成 ............................................... 35 中心控制 系統(tǒng) 的電路設計 .................................................. 35 總結 ............................................................................................ 38 第六章 總結 ........................................................................................... 39 參考文獻 ................................................................................................ 40 致謝 ....................................................................................................... 41 1 第一章 緒論 無人機的發(fā)展歷程 國外無人機的發(fā)展現(xiàn)狀 一個新型的事物大多數(shù)都是因為戰(zhàn)爭才產(chǎn)生的，本文所討論的變結構多旋翼無人機也一樣，無人駕駛的無人機的出現(xiàn)是在第一次世界大戰(zhàn)時期，而且一開始發(fā)展可以說是困難重重。 人們將無人機的定義為是可以在長距離輸送信號，目的是讓無人機自身完成對其自身空中狀態(tài)進行控制?？梢妵庠跓o人機的發(fā)展上要領先國內半個世紀之多，尤其是在國內還在經(jīng)歷國內戰(zhàn)爭緊張時期，更沒有時間和國力來發(fā)展無人機這樣的尖端科技。 多旋翼無人機和常規(guī)的飛機相比，大 大的減少了自身重量，遠遠提高安全可靠性，和占用的空間，而且在制造成本上也相比 2 常規(guī)飛機所花費的費用更少，其在空中的不可視性得到很大提高， 適合用于遠距離縱深性的戰(zhàn)略打擊和不利于人員到達的戰(zhàn)地。 無人機在許多行業(yè) 不斷被 使用 ，民間被用在了海拔測量、氣象監(jiān)測、森林監(jiān)控、資源探測；軍方用于偵察敵情、安全通信、深入敵后一擊制敵、空對地打擊；科研用于新型事物的試驗 。 而對于常規(guī)的旋翼機也就是例如直升機，盡管在起飛中不需要占用較大的場地和動能，但是在空中的姿態(tài)控制卻受到了很大的限制 。 目前這種變結構無人機還處于科研階段，很多技術還處于研究階段，需要時間來完善它的設計。其中，航空航天工業(yè)研究所推出了一款新概念無人機“藍鯨”旋翼機，尚還處于科研階段，沒有完全進入市場投入應用。 對于可以實現(xiàn)的常規(guī)方案中在增加的中軸兩端安裝一個惰性電機或可以實現(xiàn)動能輸出的裝置來提供變結構的動力裝置，從而改變中軸的原定水平面，這樣就實現(xiàn)了對于中軸的升力輸出的平面與機身本身的水平面的夾角，進而改變姿態(tài)。 可傾轉變結構多旋翼無人機的旋翼伸長長度不會很長，需要幾個旋翼來實現(xiàn)因為其需要讓無人機機身的力矩圍繞機身質心分布，而且對于其質量分布也盡可能的需要分布在四周，同時還需要在一個水平面內，所以旋翼不會很大，旋翼過大會讓旋翼的慣性系數(shù)增加，這樣就造成了其懸停的穩(wěn)定性不高，也使得其旋翼推進效率下降， 對于在飛行時 根據(jù)控制中心計算得出的參數(shù)為無人機提供一定的升力。另一種方案是機翼與旋翼同步可傾斜的，被稱之為機翼傾斜結構。在軍事領域，在進一步發(fā)展傳統(tǒng)的偵查、監(jiān)測和巡邏無人機的同時，作為作戰(zhàn)裝備的無人機也開始開發(fā)與逐步得到應用，以取代作戰(zhàn)人員，在全新的非接觸戰(zhàn)爭中以達到零傷亡的作戰(zhàn)目標。采取的措施是采用四旋翼飛行器的基本結構以保持其可以垂直起降（不像固定翼飛行器需要較長的起降跑道）的優(yōu)點。而這種無人機在國外已經(jīng)被應用于中短程導彈攔截等新型戰(zhàn)略技術的應用。 總結 通過對無人機發(fā) 展歷程和誕生的了解，熟悉它的發(fā)展進程，對無人機的發(fā)展需要有了進一步的了解和認知，對于后期的設計和總結有更加清晰的認識，有利于在后續(xù)知識的提煉起到重要作用。因為傳統(tǒng)四旋翼的自身缺點和現(xiàn)有四旋翼 無人機多攜帶的動力部分的問題，通常四旋翼無人機在空