题目：有翼涵道风扇垂直起落无人飞行器转换模态的控制

垂直起降无人机因其垂直起降，对场地依赖性小，没有人员伤亡的顾虑，成为了国内外航空工程的热门研究课题。而类似于美国ISTAR的涵道风扇布局的垂直起降无人机，因结构简单，易于实现垂直起降功能，近年获得了长足的发展。其中一种增加固定短翼的ISTAR型号，综合了垂直起降和高巡航效率两大优点，特别适用于战场侦察，是一种较为理想的布局。悬停-低速前飞-高速前飞各阶段的转换飞行方式是垂直起降无人机的难点。本文针对这类有翼涵道风扇垂直起降无人机，提出了一种新的“侧飞式”转换飞行方式，完成从低速前飞到高速前飞的转换。该方式提高了加速性，消除了高速损失和水平偏移，改善了低空机动性、操纵性和安全性，可以为这类无人机提供更好的作战性能。本文首先总揽了该领域的研究现状，分析了这种新方法的必要性和可行性；接下来针对无人机高攻角和高侧滑角的转换飞行特点，考虑到非线性的力和力矩特性，在一定的近似简化假设下，建立了六自由度的无人机近动力学模型；然后利用滑模控制的思路，设计了姿态控制器；基于里亚普诺夫稳定性理论，证明了当不使用微分器且存在干扰时姿态跟踪误差的一致有界性；接下来针对滑模控制震动较大的缺陷，设计并证明了扩张观测器，通过仿真表明缓解了控制面震动；随后给出了外环轨迹控制算法，证明了轨迹跟踪误差的一致有界性，最后给出了位移、速度和姿态的仿真结果。为了使结果简洁直观，体现改进的转换飞行方式的优越性，本文给出了MATLAB和FlightGear联合仿真。将MATLAB的数据实时传输给开源飞行模拟软件FlightGear，通过三维建模，以视频直观地表现了转换飞行并且和传统方式进行了比较。