● 摘要
本文研究了具有两种不同的飞行模态的多轴飞行器。该类飞行器具有垂直起降的直升机模态和高速前飞的固定翼模态。因此，它们兼备直升机的垂直起降的优点和固定翼飞行器的前飞速度快、有效载荷大和航程远等优点。 首先，本文设计了可变模态三轴飞行器和四轴飞行器的外形和主要机械结构。为了理论验证和最终实现飞行器模态之间的转换，对两种飞行器分别建立了运动学和动力学模型，其中气动参数由流体仿真软件Fluent通过模拟风洞仿真得到。在建立模型的基础上，针对可变模态三轴飞行器和四轴飞行器，本文分别采用了基于backstepping方法的新型PD控制器和基于内外环的带补偿PD控制器设计了模态转换控制律。仿真验证了所设计的控制律都能实现飞行器在垂直起降模态和高速前飞模态之间的转换。 为了最终能够实现可变模态飞行器的模态转换功能，搭建了四轴飞行器实验平台。在实验平台搭建过程中，先后制作了一个传统四轴飞行器和一个可倾转的四轴飞行器，设计并编写了姿态位置信息获取、数据通信和控制律等程序。 最后，在搭建的实验平台基础上，完成了两个四轴飞行器原型机的姿态调平实验，定点悬停实验，定点跟踪实验等。并对实验结果进行分析，实验结果不仅说明本文设计的具有模态转换能力的四轴飞行器具有可实现性，而且说明本文设计的控制律的有效性。