本文關(guān)鍵詞：可變結(jié)構(gòu)小型多旋翼無人飛行器設(shè)計(jì)與控制研究

  更多相關(guān)文章： 變結(jié)構(gòu) 無人飛行器 四旋翼 固定翼 設(shè)計(jì)

【摘要】：可變結(jié)構(gòu)小型多旋翼無人飛行器,是指一種融合了多旋翼直升機(jī)的垂直起降和固定翼飛機(jī)的高速巡航特點(diǎn)的飛行器,具有無人駕駛和小型化的特點(diǎn)。無人機(jī)主要由機(jī)身載體系統(tǒng)(微控制器和多傳感測(cè)量單元以及實(shí)時(shí)機(jī)載飛行記錄模塊等單元構(gòu)成的自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng))、地面站設(shè)備(無線傳輸單元,遙控裝置,任務(wù)控制裝置)以及有效載荷三部分組成。針對(duì)現(xiàn)有四旋翼直升機(jī)存在飛行速度低、航程短等問題,本論文以四旋翼飛行器的關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)基礎(chǔ)研究為背景,開發(fā)一種集直升機(jī)的垂直起降與固定翼飛機(jī)的高速巡航功能于一體的變結(jié)構(gòu)飛行器,該飛行器應(yīng)能夠達(dá)到以下目標(biāo)：飛行器要具備多旋翼飛機(jī)垂直起降,多角度姿態(tài)可控的特點(diǎn)；所設(shè)計(jì)的飛行器能利用固定翼高速巡航,更高能效比的特點(diǎn)；融合直升機(jī)和固定翼飛行器的特點(diǎn)且具有平飛和懸停兩種飛行狀態(tài)的自由切換功能；開發(fā)出適用于可變結(jié)構(gòu)小型多旋翼無人飛行器的控制算法,本論文主要有以下幾方面內(nèi)容：首先,對(duì)比固定翼飛機(jī)和多旋翼直升飛機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn),重點(diǎn)分析現(xiàn)有的四旋翼飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、動(dòng)力學(xué)模型以及采用的傳感器和控制元器件,針對(duì)MEMS傳感器的精度不足基于卡爾曼濾波器信號(hào)采集處理和四旋翼飛機(jī)的姿態(tài)控制算法以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的飛行情況。其次,提出了一種全新的可實(shí)現(xiàn)姿態(tài)與速度控制解耦的多旋翼變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)布局,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在四旋翼的基礎(chǔ)上添加一對(duì)固定翼和渦扇推力電機(jī)的變結(jié)構(gòu)無人飛行器,在水平飛行時(shí)機(jī)身兩側(cè)的雙涵道渦扇和機(jī)翼共同向前傾斜以產(chǎn)生向后的推力和向上的升力。給出變結(jié)構(gòu)飛行器的三維建模,開發(fā)出可變結(jié)構(gòu)無人飛行器的樣機(jī),對(duì)飛行器固定翼進(jìn)行流固耦合力學(xué)仿真分析。然后,著重研究變結(jié)構(gòu)飛行器在懸停與平飛的相互轉(zhuǎn)換過程中機(jī)體結(jié)構(gòu)變化對(duì)其動(dòng)態(tài)模型結(jié)構(gòu)的影響,建立包含精確描述機(jī)體結(jié)構(gòu)變化的完整的動(dòng)態(tài)模型,探索設(shè)計(jì)布局對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響及其與控制實(shí)現(xiàn)的關(guān)系,給出相應(yīng)的控制算法。最后,針對(duì)現(xiàn)有的四旋翼飛行器的Sigmoid路徑規(guī)劃算法定點(diǎn)巡航時(shí)需要作短暫停留的不足,充分利用變結(jié)構(gòu)多旋翼無人飛行器的高速巡航的特點(diǎn),嘗試應(yīng)用飛行狀態(tài)更連貫平滑的Dubins路徑規(guī)劃算法,給出仿真分析。
【關(guān)鍵詞】：變結(jié)構(gòu) 無人飛行器 四旋翼 固定翼 設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 引言17-18
• 第1章 緒論18-31
• 1.1 課題研究的背景、意義18-23
• 1.1.1 變結(jié)構(gòu)無人飛行器研究背景情況18
• 1.1.2 多旋翼飛行器18-22
• 1.1.3 固定翼無人飛行器22-23
• 1.2 研究現(xiàn)狀23-29
• 1.2.1 國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)23-28
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀28-29
• 1.3 研究意義和目標(biāo)29-30
• 1.4 本論文主要工作和內(nèi)容30-31
• 第2章 四旋翼無人機(jī)31-49
• 2.1 概述31-39
• 2.1.1 四旋翼無人機(jī)空間坐標(biāo)表示37
• 2.1.2 歐拉角坐標(biāo)變換37-38
• 2.1.3 四旋翼無人機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)38-39
• 2.2 四旋翼無人機(jī)的控制算法39-45
• 2.2.1 四旋翼姿態(tài)控制算法40-41
• 2.2.2 四旋翼高度控制算法41-44
• 2.2.3 四旋翼水平控制算法44-45
• 2.3 四旋翼飛行器的MATLAB仿真系統(tǒng)45-46
• 2.4 四旋翼飛行器的軟件系統(tǒng)46-48
• 2.5 本章小結(jié)48-49
• 第3章 變結(jié)構(gòu)小型多旋翼無人飛行器設(shè)計(jì)49-70
• 3.1 固定翼的設(shè)計(jì)50-57
• 3.1.1 機(jī)翼的流體動(dòng)力特性51
• 3.1.2 升力系數(shù)隨攻角的變化規(guī)律51-52
• 3.1.3 選擇翼型及相關(guān)參數(shù)52-54
• 3.1.4 CLARK Y翼型特性分析54-57
• 3.2 變結(jié)構(gòu)小型多旋翼無人飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)57-60
• 3.3 機(jī)翼的單向流固耦合分析60-69
• 3.3.1 流固耦合62-63
• 3.3.2 問題簡(jiǎn)述及其計(jì)算分析63
• 3.3.3 固定翼的單向流固耦合計(jì)算63-69
• 3.4 本章小結(jié)69-70
• 第4章 可變結(jié)構(gòu)小型多旋翼無人飛行器動(dòng)力學(xué)建模70-75
• 4.1 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模70-74
• 4.2 本章小結(jié)74-75
• 第5章 變結(jié)構(gòu)飛行器基于Dubins算法的軌跡規(guī)劃75-86
• 5.1 Dubins最短路徑規(guī)劃算法75-77
• 5.2 變結(jié)構(gòu)多旋翼無人機(jī)二維軌跡規(guī)劃算法77-85
• 5.2.1 無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑77
• 5.2.2 起始圓與終止圓心坐標(biāo)77-78
• 5.2.3 二維Dubins路徑飛行方式的確定78-79
• 5.2.4 無人機(jī)二維Dubins路徑的求解79-80
• 5.2.5 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)二維Dubins路徑的長(zhǎng)度及時(shí)間80
• 5.2.6 二維Dubins路徑的切點(diǎn)80-81
• 5.2.7 變結(jié)構(gòu)多旋翼無人機(jī)二維系統(tǒng)方程及路徑81-82
• 5.2.8 變結(jié)構(gòu)多旋翼無人機(jī)跡規(guī)劃算法研究82
• 5.2.9 基于Dubins函數(shù)的變結(jié)構(gòu)二維軌跡規(guī)劃算法仿真結(jié)果82-85
• 5.3 本章小結(jié)85-86
• 結(jié)論與展望86-88
• 結(jié)論86-87
• 展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 致謝92-93
• 作者簡(jiǎn)介及讀研期間主要科研成果93

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7 鄧寅U，

本文編號(hào)：1080670