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机械本科毕业设计案例机械本科毕业设计案例：设计一个自动化控制的翅膀模型项目背景：随着无人机、工业机器人等机械设备的广泛使用，翅膀的设计和控制成为了一个重要的研究方向。
本设计旨在设计一个自动化控制的翅膀模型，以模拟鸟类、昆虫等自然生物的飞行姿态和动作。
项目目标：1. 设计一个具有多关节的翅膀模型，能够灵活调整翅膀形态和姿态；2. 实现翅膀的自动化控制，可以通过预设的程序或者传感器反馈控制其运动；3. 实现模型飞行姿态的动态调整，模拟不同飞行状态下的翅膀运动；4. 搭建一个简单的控制系统，可以通过手柄、手机等方式对翅膀进行手动控制；5. 进行系统性能测试，验证翅膀模型的控制精度和稳定性。
项目设计方案：1. 翅膀结构设计：设计一个具有多个关节的翅膀模型，关节可以通过电机和传动装置实现运动控制。
根据空气动力学原理和生物学的翅膀结构，确定翅膀的骨架材料以及关节连接方式。
2. 控制系统设计：设计一个能够实时监测翅膀位置和角度的传感器系统，将传感器数据通过控制算法计算控制信号，控制电机的运动。
可以采用PID控制算法或者其他控制方法。
3. 飞行姿态调整：根据飞行状态的需求，通过调整翅膀关节的运动方式和频率，模拟鸟类、昆虫等动物的飞行姿态和动作。
可以通过预设的程序或者实时控制算法实现翅膀的动态调整。
4. 手动控制系统设计：设计一个简单的手动控制装置，可以通过手柄、手机等方式对翅膀进行手动控制。
可以通过无线通信方式将控制信号传输到控制系统中。
5. 性能测试：对设计的翅膀模型进行测试，评估其控制精度和稳定性。
可以通过摄像头记录翅膀运动轨迹，并进行数据分析。
预期成果：1. 翅膀模型设计图纸和结构样品；2. 控制系统原理图和控制算法代码；3. 翅膀模型的动态调整程序或者控制算法；4. 手动控制装置设计图纸和样品；5. 翅膀模型的性能测试数据和分析报告。
该设计案例旨在培养学生的机械设计和控制能力，加深对机械原理和控制理论的理解，并实践应用于实际的机械系统中。
无人机专业毕业设计无人机（Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV）是指没有人搭乘的飞行器。
随着科技的快速发展，无人机已经成为了各行各业普遍采用的工具。
在工业、农业、军事等领域，无人机的应用正发挥着越来越重要的作用。
因此，无人机专业毕业设计成为了该专业学生的重要任务。
本文将就无人机专业毕业设计的相关内容进行讨论，并提出一些设计思路。
一、背景与意义随着社会的进步和技术的发展，无人机的应用越来越广泛。
在工业领域，无人机可以用于巡检、测量等任务，提高生产效率。
在农业领域，无人机可以用于植保、播种等工作，减少农药的使用，提高农作物的产量。
在军事领域，无人机可以用于侦查、目标打击等任务，提供更好的情报支持。
因此，无人机专业毕业设计具有重要的现实意义和应用价值。
二、设计要求针对无人机专业毕业设计，需要满足以下几方面的要求：1. 硬件设计：设计一个稳定、高效的无人机载体，包括机身结构、电动机、螺旋桨等部件的设计。
2. 自动控制系统设计：设计一个能够实现自主飞行、导航和遥控操作的无人机控制系统，包括飞行控制器、传感器、通信系统等。
3. 功能扩展设计：根据具体应用需求，设计能够满足特定任务的功能扩展模块，如图像处理、激光雷达等。
4. 安全性设计：考虑飞行中可能出现的各种风险，设计相应的安全保护机制，如防止碰撞、故障自动回避等。
5. 管理与调度系统设计：设计一个集中监控和管理多个无人机的系统，实现任务分配、路径规划等功能。
三、设计思路针对上述要求，可以从以下几个方面展开设计思路：1. 首先，通过调研和分析市场需求，确定无人机设计的应用方向。
例如，选择工业巡检、农业植保等领域作为设计的重点。
2. 其次，进行无人机机身结构设计。
考虑飞行稳定性和载荷能力，选择合适的材料和结构形式。
同时，设计电动机和螺旋桨，以满足飞行需求。
3. 接着，设计飞行控制系统。
根据无人机的应用需求，选择适当的飞行控制器和传感器。
开题报告题目：带机械抓的无人机设计与控制1．毕业设计的主要内容、重点和难点等主要内容：无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。
从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。
无人机按应用领域，可分为军用与民用。
军用方面，无人机分为侦察机和靶机。
无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业植保、测绘、运输等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途。
本次设计主要针对无人机在抓取、运输领域的应用和扩展。
本课题设计的主要内容包括：1.设计无人机的机械爪；2.设计无人机与机械抓的连接部分结构；3.给出带机械爪无人机的控制方法。
二、毕业设计（论文）的要求与数据:1.要求设计的机械爪能够在无人机悬停过程中抓取地面或是水面的物体；2.要求给出适当的控制方法保证无人机能顺利抓取物体后返回指定地点；3.成果中设计的专用件结构、配合满足标准化要求，选购的电气件、通用件、标准件等皆符合相关国家标准、行业标准要求；4.提交的所有图纸应表达方式简洁，尺寸标注完整、清晰、规范。
三、本毕业设计重点和难点重点：1.制定机械手的抓取方式和连接部分结构总体设计方案；2.制定旋翼无人机的框架和机械抓固定座的设计方案；3.设计可收放的起落架，防止飞行时起落架阻碍机械抓的抓取；4.设计无人机重心自动平衡校正系统、防抓取过载保护系统和无人机自动导航识别系统。
难点：1.旋翼无人机机架结构、旋翼电机的支撑结构、起落架的收放结构及机械手结构强度可靠性及寿命的计算。
2.机械手的的抓取力计算，由于动力源由微型电机提供，机械手的机构必须有自锁机构，电机断电后可持续抓取。
3.无人机承载力、续航能力的权衡和推重比的确定。
4.无人机悬停平衡和抓取重物过程保持平衡的位姿控制系统设计。
2．准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）（1）调研情况：经查阅相关书籍资料并结合所学过的机械等相关知识，了解了带机械抓的无人机发展、设计方法及相关规定，为设计作好准备。
第一章绪论无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。
机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。
地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。
可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。
回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。
可反覆使用多次。
广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。
无人机技术是一项涉及多个技术领域的综合技术，它对通信、传感器、人工智能和发动机技术有比较高的要求。
如果在恶劣环境下作战，它还需要有比较好的隐身能力。
无人机与所需的控制、拖运、储存、发射、回收、信息接收处理装置统称为无人机系统。
无人机种类很多，不同的无人机可以完成不同的特殊任务。
军用无人机的主要用途包括：战术侦察和地域监视、目标定位和火炮校射、电子侦察和电子干扰、通信中继转发、靶机和实施攻击等。
与有人飞机相比，无人机具有多种优势：1、由于机上没有驾驶员，因此可省去驾驶舱及有关的环控及安全救生设备，从而降低飞机的重量和成本。
2、无人机在作战时不会危及飞行员，更适于执行危险性高的任务。
3、由于机上没有驾驶员，飞机可以适应更激烈的机动和更加恶劣的飞行环境，留空时间也不会受到人所固有的生理限制。
4、在使用维护方面，无人机比较简单，而且费用低，操纵员只需在地面进行训练，无需上天飞行。
无人机从产生到现在已有多年，早在70年代西方就产生用无人机进行对地攻击和格斗空战的构想，在美国还进行了大量飞行试验，但是由于技术上的难度，使这些构想无法实现。
无人机存在的致命弱点主要有两个：一是自主作战能力差，由于无人机执行任务时需要有人参与遥控，其自主作战能力有限，因而缺乏有人飞机所具有的灵活性和适应能力。
二是完成任务的有效性低，由于控制人员对无人机所处环境的了解必须借助远距离通信，而这种远距离通信又随时会被压制而中断，从而造成了人机之间无法及时、准确交流信息，影响了无人机完成任务的有效性。
无人机飞行姿态稳定控制系统研究摘要随着无人机在军民两用领域越来越多地发挥重要作用，无人机研究也越来越多地得到世界各国的普遍重视。
自动飞行控制系统作为无人机的控制核心，是无人机研究的重点和热点问题。
本文以某型固定翼无人机为研究对象，主要研究了基于常规PID的无人机横侧向飞行控制律的设计问题。
首先，建立了无人机的六自由度数学模型，并运用小扰动线性化方法建立了无人机纵向与横侧向系统的线性化方程；其次，介绍了一些常用的PID控制器参数整定法，作为飞行控制律设计的理论基础；再次，采用常规PID的方法进行了横侧向系统控制的设计，并针对不同空域的一些典型的状态点进行了大量的仿真研究。
仿真结果表明，我们所设计的常规PID控制器在多数情况下能满足要求。
关键字：无人机，常规PID，飞行控制率，滚转角，仿真UA V’s（Unmanned Aerial Vehicle）flight attitude stability controlsystem researchABSTRACTWith the UAV in the field of military and civilian use more and more important role to play, UAV study countries in the world more and more widespread attention. Automatic flight control system as the core of UAV control is the focus of UAV research and hot topics.Based on a high state technical issue as the research background, taking a unmanned aerial vehicle for research object, mainly studies based on the classical PID unmanned aerial vehicle flying control law design problem. First, Six degrees of freedom to establish a mathematical model of the UAV, and the use of small perturbation linearization method to establish a UAV system, the longitudinal and lateral linear equations; Secondly, the introduction of some commonly used PID Controller Parameters Tuning, flight control law design as the theoretical basis; Again, conventional PID lateral approach to the design of system control, and airspace for a number of different points of the typical state of a large number of simulation. Simulation results show that our conventional PID controller design in most cases to meet the requirements.KEY WORDS:unmanned aerial vehicle，classic PID，flight control law，rolling angle，simulation目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1绪论 (5)1.1概述 (5)1.2无人机的发展历程 (6)1.3无人机的发展趋势以及对自主控制的要求 (6)1.4本文主要研究内容 (8)2无人机模型与方程的建立 (10)2.1飞机的简介 (10)2.2 常用坐标系简介 (11)2.2.1 地面坐标系AXdYdZd (11)2.2.2机体坐标系 OXtYtZt (11)2.2.3速度坐标系（气流坐标系）OXqYqZq (12)2.3飞机的常用运动参数 (12)2.3.1姿态角 (12)2.3.2向量与机体坐标系的关系 (13)2.3.3飞机速度向量与机体坐标系的关系 (13)2.3.4控制量与被控量 (13)2.4前苏联体制下无人机的非线性运动方程组 (13)2.4.1无人机六自由度运动方程式的建立 (14)2.4.2无人机六自由度全面运动方程式的简化处理 (16)2.4.3无人机数学模型的配平及线性化 (17)2.5本章小结 (18)3 PID控制研究 (20)3.1常规PID控制 (20)3.2常规PID控制器参数整定方法 (22)3.2.1临界比例度法 (22)3.2.2衰减曲线法 (23)3.2.3基于相角裕度的整定方法 (23)3.3本章小结 (24)4无人机横侧向系统控制律的设计与仿真 (25)4.1无人机飞控系统基本原理概述 (25)4.1.1飞控系统的硬件结构 (25)4.1.2飞控系统设计的基本思路 (25)4.2无人机横侧向控制系统的基本结构 (27)4.3倾斜姿态保持/控制模态控制律的设计与仿真 (28)4.3.1滚转角控制律的设计 (28)4.3.2滚转角控制律的仿真 (32)4.4航向保持/控制模态控制律的设计与仿真 (34)4.4.1控制结构与控制策略 (35)4.4.2控制律的设计与仿真 (36)4.5本章小结 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录Ⅰ飞机六自由度运动方程式的建立过程 (41)Ⅰ.1 动力学方程组的推导(锁定舵面) (41)Ⅰ.2 运动学方程组的建立 (44)Ⅰ.2.1 角位置运动学方程组 (44)Ⅰ.2.2 线位置运动学方程组 (45)附录Ⅱ无人机各状态点处的横侧向运动线性化方程 (46)1绪论1.1概述自古以来，人类就向往在空中自由地飞翔，许多神话故事和历史文献中都有描述与记载，嫦娥奔月这个神话故事正是人们对飞向天空的向往。
精选全文完整版（可编辑修改）30UAV无人机设计报告共45页XXXXXXX公司2015年08月拟制: 校对: 审核:批准:目录1 系统主要功能与技术性能指标 (4)1.1 主要功能 (4)1.2 主要技术指标 (4)2 飞机系统 (4)2.1 飞机构型及主要参数 (4)2.1.1 气动构型 (4)2.1.2 主要构形参数 (6)2.2 气动性能 (6)2.2.1 全机纵向特性 (6)2.2.2 横航向气动特性 (9)2.2.3 全机动导数 (10)2.2.4 升降舵、方向舵、副翼操纵效能特性 (10)2.3 动力装置 (11)2.3.1 发动机 (11)2.3.2 螺旋桨 (12)2.4 重量与重心 (12)2.4.1 重量 (12)2.4.2 重心 (14)2.5 飞行性能计算 (14)2.5.1 长航时型飞行性能计算结果 (14)2.5.2 高空型飞行性能计算结果 (16)2.5.3 计算结论以及飞行性能指标建议 (18)2.6 飞行品质计算 (18)2.6.1 飞机基本参数 (18)2.6.2 计算与分析 (19)2.7 飞机气动载荷计算 (20)2.7.1 坐标系定义 (20)2.7.2 载荷计算参数 (20)2.7.3 机翼载荷计算 (20)2.7.4 水平尾翼载荷计算 (24)2.7.5 垂直尾翼载荷计算 (25)2.7.6 水平尾翼严重载荷情况 (27)2.7.7 垂直尾翼严重载荷情况 (27)2.8 飞机结构设计 (28)2.8.1 机翼 (28)2.8.2 机身................................................................................ 错误!未定义书签。
2.8.3 垂尾和尾撑.................................................................... 错误!未定义书签。
无人机毕业设计无人机毕业设计在当今科技快速发展的时代，无人机已经成为了一个备受关注的领域。
无人机的广泛应用不仅在军事领域，还涉及到了航拍、物流、农业等多个行业。
因此，作为一名即将毕业的学生，我决定选择无人机作为我的毕业设计课题。
无人机的设计和制作需要多学科的综合知识，包括机械工程、电子工程、计算机科学等。
因此，在开始我的毕业设计之前，我首先进行了广泛的调研和学习。
通过阅读相关文献和参加相关课程，我对无人机的原理和构造有了更深入的了解。
在设计无人机的过程中，我首先考虑的是无人机的用途。
我决定将我的无人机设计成一款用于环境监测的工具。
随着工业化的快速发展，环境污染成为了一个全球性的问题。
通过使用无人机进行环境监测，可以更加方便和高效地收集各种数据，为环境保护提供更多的依据。
接下来，我开始着手设计无人机的机身结构。
我选择了轻质材料作为机身的主要材料，以确保无人机的飞行效率和稳定性。
同时，我还设计了一套可拆卸的机身结构，以便于无人机的维护和升级。
在电子部分的设计中，我选择了一套先进的飞控系统，并将其与传感器和相机相连接。
这样，无人机就能够实时获取环境数据和图像，并将其传输到地面控制站。
通过使用图像处理算法，我可以对图像进行分析和处理，以提取有用的信息。
为了提高无人机的飞行能力，我还进行了一系列的飞行控制算法的研究和优化。
通过使用PID控制算法和自适应控制算法，我成功地提高了无人机的稳定性和操控性能。
此外，我还设计了一套自主导航系统，使无人机能够在没有人为操控的情况下完成任务。
在完成无人机的设计和制作后，我进行了一系列的测试和实验。
通过对无人机的飞行性能、数据采集能力和图像处理能力进行测试，我验证了我的设计的可行性和有效性。
同时，我也进行了一些模拟实验，以评估无人机在不同环境条件下的适应性。
通过这个毕业设计的过程，我不仅学到了很多关于无人机的知识和技术，还提高了自己的问题解决能力和团队合作能力。
在实践中，我遇到了很多挑战和困难，但通过不断学习和努力，我成功地克服了它们。
农用无人机纵向姿态控制系统设计及仿真刘超;张长利;王树文;王润涛;张伶鳦;吕涛;栾吉玲;周雅楠【摘要】针对农用无人机的作业特点和应用领域，设计了一种基于经典 PID 控制方法的纵向姿态控制系统。
首先，利用MatLab 软件建立了无人机在配平点处的纵向运动数学模型，分析了无人机的纵向运动规律。
在此基础上，采用经典PID 理论对无人机纵向运动的俯仰角控制回路和高度控制回路进行设计。
通过Simulink 软件进行仿真实验，结果表明：该飞行姿态控制系统控制效果良好，可以满足农用无人机的技术要求。
%This Longitudinal attitude control system is designed on the basis of Classic PID control method .It’ s also spe-cific to the character of how Agricultural unmanned aerial vehicle operates and its application field .The system firstly uses Matlab to build a Longitudinal motion mathematical model at the trim point of the vehicle ,which can analyze the Longitu-dinal motion of itself .Secondly , the system applies the Classic PID theory to the design of the Pitch and Height attitude control loop of the vehicle .The result shows that the attitude control system effects well during flight and can meet the technical requirement of Agricultural unmanned aerial vehicle .【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】6页(P6-10,46)【关键词】农用无人机;纵向姿态;PID控制, 仿真【作者】刘超;张长利;王树文;王润涛;张伶鳦;吕涛;栾吉玲;周雅楠【作者单位】东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030;东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030;东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030;东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030;东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030;东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030;东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030;东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨 150030【正文语种】中文【中图分类】S251农用无人机是现代农业系统中的重要组成部分，具有中低空飞行、巡航速度低、载重量大的特点[1]。
第一章绪论无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。
机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。
地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。
可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。
回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。
可反覆使用多次。
广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。
无人机技术是一项涉及多个技术领域的综合技术，它对通信、传感器、人工智能和发动机技术有比较高的要求。
如果在恶劣环境下作战，它还需要有比较好的隐身能力。
无人机与所需的控制、拖运、储存、发射、回收、信息接收处理装置统称为无人机系统。
无人机种类很多，不同的无人机可以完成不同的特殊任务。
军用无人机的主要用途包括：战术侦察和地域监视、目标定位和火炮校射、电子侦察和电子干扰、通信中继转发、靶机和实施攻击等。
与有人飞机相比，无人机具有多种优势：1、由于机上没有驾驶员，因此可省去驾驶舱及有关的环控及安全救生设备，从而降低飞机的重量和成本。
2、无人机在作战时不会危及飞行员，更适于执行危险性高的任务。
3、由于机上没有驾驶员，飞机可以适应更激烈的机动和更加恶劣的飞行环境，留空时间也不会受到人所固有的生理限制。
4、在使用维护方面，无人机比较简单，而且费用低，操纵员只需在地面进行训练，无需上天飞行。
无人机从产生到现在已有多年，早在70年代西方就产生用无人机进行对地攻击和格斗空战的构想，在美国还进行了大量飞行试验，但是由于技术上的难度，使这些构想无法实现。
无人机存在的致命弱点主要有两个：一是自主作战能力差，由于无人机执行任务时需要有人参与遥控，其自主作战能力有限，因而缺乏有人飞机所具有的灵活性和适应能力。
二是完成任务的有效性低，由于控制人员对无人机所处环境的了解必须借助远距离通信，而这种远距离通信又随时会被压制而中断，从而造成了人机之间无法及时、准确交流信息，影响了无人机完成任务的有效性。
随着战场实时信息网(如JSTARS)和人工智能技术的发展，人—机之间的信息交换和无人机的自主工作能力有了很大提高，这就保证了无人机能够最大限度地发挥其特有的长处，从而使无人机技术成为对未来作战最有影响的技术之一。
从低空，短航时向高空，长航时发展。
老式的无人机滞空时间短，飞行高度低，侦察监视面积小，不能连续获取信息，甚至会造成情报“盲区”，不适应现代战争的需要。
为此，美国陆军研制了“蒂尔”II 超高空，长航时无人机。
向隐形无人机方向发展。
为了对付日益增强的地面防空火力的威胁，许多先进的隐形技术被应用到无人机的研制上。
一是采用复合材料、雷达吸波材料和低噪声发动机。
如美军“蒂尔”II无人机除了主梁外，几乎全部采用了石墨合成材料，并且对发动机出气口和卫星通信天线作了特殊设计，飞行高度在300米以上时，人耻听不见；在900米以上时，肉眼看不见。
二是采用限制红外光反射技术，在机身表面涂上能够吸收红外光的特制油漆并在发动机燃料中注入防红外辐射的化学制剂。
三是减小机身表面缝隙，减少雷达反射面。
四是采用充电表面涂层还具有变色的特性：从地面向上看，无人机具有与天空一样的颜色；从空中往下看，无人机呈现与大地一样的颜色。
从实时战术侦察向空中预警方向发展。
美军认为，21世纪的空中侦察系统主要由无人机组成。
美军计划用预警无人机取代E－3和E－8有人驾驶预警机，使唤其成为21世纪航空侦察的主力。
向空中格斗方向发展。
攻击无人机是无人机的一个重要发展方向。
由于无人机能预先靠前部署，可以在距离所防卫目标较远的距离上摧毁来袭的导弹，从而能够有效地克服“爱国者”或C－300等反导导弹反应时间长、拦截距离近、拦截成功后的残骸对防卫目标仍有损害的缺点。
如德国的“达尔”攻击型无人机，能够有效地对付多种地空导弹，为己方攻击机开辟空中通道。
以色列的“哈比”反辐射无人机，具有自动搜索、全天候攻击和同时攻击多个目标的能力。
第二章无人机系统建立数学模型2.1假设条件要研究飞机动力学模型的姿态仿真，首先必须建立飞机的数学模型。
在忽略机体弹性震动和变形的条件下，飞的运动可看成包含六个自由度的刚体运动，其中包含绕三个轴的三种转动(滚动、俯仰与偏航)和沿三个轴的三种线运动(前进、上下与左右)。
为了确切地描述飞机的运动状态，必须选定合适的坐标系。
本文采用两种坐标系：在确定飞机的位置时，采用与地面固连的地面坐标系（地面坐标系）：在描述飞机的转动与移动时，采用机体坐标系或气流坐标系(速度坐标系)。
假设飞机是一个刚体，并且质量不变。
假设地球是一个惯性参考系，忽略地球公转与自传的影响。
假设地球是一个平面。
假设重力加速度是一个常数。
2.2常用坐标系地面坐标系：要想确定飞机在地球的位置；机体坐标系：描述飞机的转动；（1）地面坐标系地面坐标系的原点A固定在地面的某点，铅垂轴AY d向上为正，纵轴AY d于横轴AZ d为水平面内互相垂直的两轴。
图2.1地面坐标系（2）机体坐标系机体坐标系的原点在飞机的重心上，纵轴OX t在飞机对称平面内，平行于翼弦，指向机头为正；立轴OY t也在飞机对称平面内并且垂直于OX t，指向座舱盖为正；横轴OZ t与OX t Y t平面垂直，指向右翼为正。
图2.2 机体坐标系2.3飞机参数无人机的运动参数就是完整描述飞机在空中飞行所需要的变量，一旦各项参数确定了，无人机在空中的姿态也就确定了。
这些参数是飞控系统中的被控量。
被控量包括俯仰角、滚转角、 偏航角、迎角、侧滑角、航迹倾斜角、航迹偏转角；同时，可以利用副翼、方向舵、升降舵和油门杆来控制无人机的飞行姿态，这些称为无人机飞控系统中的控制量 2.4十二阶非线性微分方程组根据牛顿第二定律F =ma 可以列出无人机三轴力的动力学方程组：m(dV x t dt +ωy t V z t −ωz t V y t )=F x t m(dV y t dt +ωz t V x t −ωx t V z t )= F y t m(dV z t dt+ωx t V y t −ωy t V x t )= F z t按建立的力矩方程组为:(dH x tdt +ωy t H z t −ωz t H y t )=M x t (dH y tdt +ωz t H x t −ωx t H z t )=M y t (dH z tdt+ωx t H y t −ωy t H x t )=M z t通过坐标变换可以得出无人机的运动学方程组。
根据无人机三个姿态角的关系： [ωx t ωy t ωz t ]=[1sinϑ00cosγcosϑsinγ0−sinγcosϑcosγ]∗[γψϑ] 可以推导出：dγdt=ωx t −(ωy t cosγ−ωz t sinγ)tanϑ dψdt =(ωy t cosγ−ωz t sinγ)cosϑdϑdt=ωy t sinγ+ωz t cosγ同理，线位置的运动学方程组也用坐标变化的方法，可以得到： 十二个一阶非线性微分方程组如下：m dV x t dt =F x t +m(ωz t V y t −ωy t V z t ) m dV y t dt =F y t +m(ωx t V z t −ωz t V x t ) m dV z t dt=F z t +m(ωy t V x t −ωx t V y t ) dωx t dt =1I x I y −I xy 2[I y M x +I xy M y −I xy (I x +I y −I z )ωz t ωx t+(I y 2+I xy 2−I y I z )ωy t ωz t −I xy I f ωf ωz t ]dωy t dt =1I x I y −I xy2[I x M y +I xy M x −I xy (I z +I x −I y )ωy t ωz t+(I x I z +I xy 2−I x 2)ωz t ωx t −I x I f ωf ωz t ]dωz t dt =1I z[M z −(I x −I y )ωx t ωy t +I xy (ωx t 2−ωy t 2)−I f ωf ωy t ] dγdt=ωx t −(ωy t cosγ−ωz t sinγ)tanϑdψdt =ωytcosγ−ωztsinγcosϑdϑdt =ωytsinγ+ωztcosγdL dt =V xtcosψcosγ+V yt(sinψsinγ−cosψsinϑcosγ)+V zt(cosψsinγsinϑ+sinψcosγ)dHdt=V xtsinϑ+V ytcosϑcosγ−V ztcosϑsinγdZ dt =−V xtsinψcosϑ+V yt(sinψsinϑcosγ+cosψsinγ)+V zt(cosψcosγ−sinψsinϑsinγ)采用微扰动法对这些非线性方程进行线性化。
假定所有运动参数对某一稳定飞行状态的变化都是很微小的，它们的二次方及乘积可以忽略不记。
因此，十二个一阶线性微分方程组可以化为：m dV xtdt=F xtm dV ytdt=F yt−mV0ωztm dV ztdt=F zt+m(ωytV0+ωxtV0α)dωxt dt =1I x I y−I xy2[I y M x+I xy M y]dωyt dt =1I x I y−I xy2[I x M y+I xy M x]dωztdt=M zI zdγdt=ωxt−ωytϑdψdt=ωytdϑdt=ωztdLdt=V0cos (ϑ−α)dHdt=V0(ϑ−α)dZdt=−V0(ψ−β)通过以上方程可以发现，关于dV zdt 、dωx tdt、dωy tdt、dωz tdt、dγdt、dψdt、dZdt的各方程是紧密联系的。
由于这些方程描述的运动是围绕飞机横测方向而进行的。
因此这些方程描述的运动叫横测向运动。
其余的方程描述的是飞机在纵轴上（OX t Y t平面）进行的叫纵向运动。
由于本文主要研究无人机纵向飞行相关特性，因此只列出了线性化后的纵向运动方程式的状态方程为：[v̇αϑϑh]=[−n1v−n2v−N3vn4v−n1a−n2a−N3a−n4a1−N3ϑ1−n1ϑ−n2ϑ−N3ϑn4ϑ0][vαϑϑh]+[−n2δ2−N3δ20][δpδz]其中，N3v=n3v-n3αn2α，N3a=n3a-n3a n2a, N3ϑ=n3ϑ+N3a, N3ϑ=−n3a n2ϑ, N3z=n3δz -n3a n2δz, ϑ=ωz。
第三章常规PID和智能PID控制的思路和方法PID控制自从被提出以后，由于其结构简单、鲁棒性强以及容易实现等优点被广泛运用于工业控制中。
