飞艇作为传统的飞行器,相对飞机发展起步更早,中间经历过辉煌和衰落。在上世纪七八十年代,飞艇作为通信中继、远程预警、高精度对地观测、环境监测、灾害监视与指挥救援等任务的飞行平台的应用价值逐渐在全世界内得到认可,于是飞艇的发展再次进入快车道。在平流层飞艇研发制造过程中,存在着多项关键技术,亟待解决,包括蒙皮和气囊材料的研发、动力推进技术的改进、能源储能管理技术的突破以及自主飞行控制系统的设计。该篇论文在所学专业知识的基础上,并对对涉及到的其他领域的知识查阅了大量的国内外公开发表的资料以及结合在公司实习所学的相关知识,针对飞艇的姿态控制系统的设计进行初步研究。主要工作包括以下几个方面:1.首先,选取飞艇建模合适的坐标系,运用机理分析法对平流层飞艇进行详细的受力分析,再根据经典力学和空气动力学相关理论,建立起飞艇的六自由度非线性运动方程,并对飞艇运动中的各个参数进行简要分析。此外,由于在一定的条件下,飞艇定点驻留的运动满足采用小扰动线性化方法进行线性化处理的条件,所以最后将其解耦为纵向和水平方向向的两组方程来进行研究分析。2.此外,针对平流层飞艇姿态控制电路板的硬件电路设计和软件设计进行了初步的研究,并制作出一块完整的姿态控制板。利用DSP控制芯片,对接收到的姿态数据进行实时解算,依据控制律调节飞艇尾翼舵机和调姿气囊的阀门和鼓风机,使飞艇按照预定的位置和姿态进行飞行。3.最后,本文针对飞艇定点驻留时候的运动特点,采用满意PID控制方法对已经线性化处理过的纵向和横向方程,分别为飞艇的定点姿态控制中的定位控制以及定高控制设计了控制律,并利用高效的MATLAB仿真软件的LMI工具箱解算出相应参数进行仿真验证。