无人机的价值在于能够形成空中平台,结合其他设备进行扩展应用,完成空中作业。随着无人机研发技术日渐成熟,人口红利逐渐减少,加之制造成本大幅降低,无人机在各个领域也开始被广泛地利用起来。本文以实验室预研课题为背景,结合课题的要求,搭建小型固定翼无人机实验平台,针对无人机的起飞、巡航、着陆过程进行研究并设计控制律。本文主要依托小型双发固定翼无人机实验平台,设计起飞、巡航、降落各个阶段的策略以及控制方式,并且进行真机验证,提高算法的完整性与可靠性,同时完善小型双发固定翼无人机实验平台的整体框架。1、首先,结合本课题的研究内容,搭建了小型双发固定翼无人机实验平台。考虑到开源平台易拓展的特性,采用NIMBUS飞机和Pixhawk搭建了双发固定翼无人机实验平台。为了验证算法的可靠性,并进行了相应的仿真环境的搭建。2、针对本文中使用的小型双发固定翼的实际情况,得到无人机的非线性数学模型。将基于实验平台定义的非线性数学模型进行了线性化工作,进而利用递推最小二乘法(RLS)进行状态空间线性模型的辨识,进而完成相应的控制算法的设计。3、为了更好地进行小型双发固定翼无人机的起飞与着陆的控制律的设计,进行了实际的起飞与着陆测试,得到了相关的关键性参数。为了使小型双发固定翼无人机的起飞与降落更加稳定,为小型固定翼无人机在起飞和着陆过程设计了PID抗扰控制策略,而且为了解决PID控制器超调和快速性之间的矛盾,加入了前馈,随后进行了飞行环境极度恶劣下的起飞/着陆的半物理仿真,最后进行了实际飞行测试,从测试结果来看,控制效果比较好。4、最后,进行了小型双发固定翼无人机巡航阶段的控制律设计。小型双发固定翼无人机在执行任务过程中,大部分时间处于巡航阶段,因此进行路径规划可以帮助无人机实现从起始点到最终点的最优路径选择,并针对具体的飞行路径进行相应的路径算法跟踪设计。在实验过程中发现,对于PID控制器,参数调节困难,需要不断配合实时飞行来判断效果,且对于无耦合或者弱耦合的系统,PID控制器能起到较好的效果。而且为了避免在飞行过程中出现重大的事故,需要对一些状态量进行约束,因此,利用递推最小二乘法得到的线性状态空间模型,进行了预测控制器的设计。