發(fā)布時(shí)間：2020-04-11 08:34

【摘要】：四旋翼飛行器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、懸停性能良好、操控性好等突出特點(diǎn),是目前無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的熱門(mén)。與微小型的娛樂(lè)無(wú)人機(jī)不同,工業(yè)級(jí)多旋翼無(wú)人機(jī)廣泛采用了變槳距變轉(zhuǎn)速控制技術(shù),具有更好的氣動(dòng)效率和續(xù)航能力。本文針對(duì)物流運(yùn)輸應(yīng)用模式,開(kāi)展變距變轉(zhuǎn)速控制與航跡規(guī)劃研究,對(duì)于工業(yè)級(jí)多旋翼無(wú)人機(jī)應(yīng)用具有重要的實(shí)用價(jià)值。首先,本文以課題組制作的50公斤變距四旋翼試驗(yàn)樣機(jī)為研究對(duì)象,利用葉素和滑流理論相結(jié)合建立了旋翼氣動(dòng)性能與功率特性分析方法,以此為基礎(chǔ)發(fā)展了變距四旋翼飛行動(dòng)力學(xué)模型;并對(duì)旋翼性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量與計(jì)算對(duì)比研究,提高了模型的可靠性。然后,基于PID控制方法,設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制、位置控制環(huán)路,在Matlab Simulink環(huán)境中搭建仿真模型,并實(shí)現(xiàn)Matlab與Flightgear聯(lián)合仿真。最后,以無(wú)人機(jī)物流配送為應(yīng)用場(chǎng)景,通過(guò)蟻群算法建立了全局路徑規(guī)劃方法,獲得了最優(yōu)的配送順序;然后利用微分平坦理論引入動(dòng)力學(xué)約束條件,以最小耗能與耗時(shí)為目標(biāo),篩選出可實(shí)際飛行的方案;最后基于柵格法建立了局部動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法,賦予無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)避障等能力。
【圖文】：

圖 1. 1 “察敵”XM20 變距四旋翼2015 年 5 月浩恒征途團(tuán)隊(duì)采用單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)，一分四的傳遞方式來(lái)設(shè)計(jì)研發(fā)如圖 1.2 所示的油動(dòng)變距四旋翼。油箱最大可裝載 16 升燃油，可實(shí)現(xiàn) 30 分鐘載重 25 公斤飛行的任務(wù)需求。

圖 1. 2 油動(dòng)變距四旋翼一架無(wú)人機(jī)的功能畢竟是有限的。如果采用多架無(wú)人機(jī)組合，，那將發(fā)揮更大的作用和價(jià)值。最近美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)無(wú)人機(jī)集群控制算法，使得無(wú)人機(jī)群以離完美的編隊(duì)飛行這一夢(mèng)想又接近了一步，可實(shí)現(xiàn) 80 架有效配合。新的原型無(wú)人機(jī)（如圖 1.3 所示）同時(shí)具備空中飛行和地面行駛的兩種能力。這種無(wú)人機(jī)以?xún)?yōu)化電池續(xù)航、速度和效率等因素為目標(biāo)，遵從計(jì)算結(jié)果
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V279;V249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2623378