进入20世纪以来,无人机技术发展迅猛,垂直起降、自主着舰、集群作战等尖端技术在近几年发展更加迅速。近十年来,垂直起降无人机成为无人机领域学术研究、产品研发的重点。倾转旋翼无人机作为一种典型的垂直起降无人机,具有旋翼模式、倾转模式、固定翼模式三种飞行模式。但是如何控制飞行模式之间转换时飞行器的姿态平稳是关键问题。本文以倾转旋翼无人机作为研究对象,针对自主设计、制造的一种倾转旋翼无人机建立了旋翼模式下的数学模型,模型参数通过设计试验测量计算得到。然后,分别对倾转旋翼无人机的旋翼模式、倾转模式下的姿态控制问题进行了深入研究,设计了旋翼模式下的姿态控制器和其控制分配模块,针对其飞行特性设计了倾转策略。主要工作和创新点有:(1)研究了倾转旋翼无人机整体飞行布局和旋翼模式下的控制方案。倾转三旋翼的结构配置有多种,本文通过对比几种先进垂直起降无人机的动力配置方案,设计了一款动力可充分利用并且倾转时空气阻力较小的气动布局。针对所研究的倾转旋翼无人机进行了动力系统的选型和设计相关参数的测量实验。(2)建立了倾转旋翼无人机的非线性模型。本文针对所研究的倾转三旋翼无人机在旋翼模式下的受力进行了分析,主要包括旋翼所产生的力和力矩,机翼所产生的空气动力和由于旋翼倾转所产生的倾转力矩等。在建立倾转旋翼无人机的数学模型后,通过实验测得了所研究飞行器的转动惯量等相关参数,为以后设计姿态控制器等工作奠定了良好的基础。(3)针对飞行器不同飞行模式设计不同的控制器。由于倾转旋翼无人机在倾转前后受力发生了改变,同时其控制方案也会发生改变,本文针对这一特性在不同的飞行模式下设计不同的控制器。通过这种方法来使飞行器在不同飞行模式下的姿态稳定。最终通过飞行试验验证了所设计控制器的可行性、可靠性。(4)设计了起飞阶段的倾转策略倾转旋翼无人机在旋翼模式下前向加速性能较弱,固定翼飞行模式下前向飞行速度要求较高,根据倾转旋翼无人机在两种飞行模式下的飞行特性,本文根据两种飞行模式下的受力区别设计了起飞阶段的倾转策略。(5)设计降落阶段的倾转策略倾转旋翼无人机在固定翼飞行模式下的前飞速度较高,但是在旋翼飞行模式下要求飞行器悬停或者垂直运动。本文根据两种飞行模式下飞行器的飞行特点设计了降落阶段的倾转策略。最终通过试验验证了策略的可行性和可靠性。