【摘要】：傾轉(zhuǎn)旋翼機是一種兼具了固定翼飛機和旋翼飛機飛行特點的新型飛機。由于其具有垂直起降、巡航速度快等特點,從上世紀(jì)八十年代以來關(guān)于傾轉(zhuǎn)旋翼機的研究在航空航天領(lǐng)域掀起了一股熱潮。由于傾轉(zhuǎn)旋翼機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)的耦合性強、多模態(tài)飛行的特點,建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型并設(shè)計合理的控制器是研究的難點所在。本文以一種四旋翼起降、前端雙旋翼傾轉(zhuǎn)(DTR)的新型傾轉(zhuǎn)旋翼無人機為研究對象,以實現(xiàn)飛行模態(tài)穩(wěn)定切換和巡航任務(wù)規(guī)劃為目標(biāo)展開研究,主要工作內(nèi)容如下:本文首先根據(jù)DTR無人機自身受力特點和空氣動力學(xué)原理,對機身各部分受力情況和力矩進行了分析。建立了慣性坐標(biāo)系、旋翼坐標(biāo)系和機體坐標(biāo)系,運用牛頓-歐拉公式建立了 DTR無人機的動力學(xué)模型。針對無人機不同的飛行模態(tài),根據(jù)假設(shè)條件對模型做了合理的簡化,并最終建立了 DTR無人機垂直起降、模態(tài)切換階段的動力學(xué)模型。針對垂直起降階段,根據(jù)所建立的動力學(xué)方程采用經(jīng)典的四旋翼起降方案運用雙環(huán)PID控制方法設(shè)計了無人機起降姿態(tài)控制器,并通過仿真實現(xiàn)了定點起飛和對姿態(tài)的有效控制。針對前端雙旋翼傾轉(zhuǎn)即模態(tài)切換階段,由于系統(tǒng)的高度耦合并且欠驅(qū)動的特性,利用反步法使子系統(tǒng)逐級鎮(zhèn)定并最終設(shè)計了能夠?qū)崿F(xiàn)模態(tài)切換平穩(wěn)過渡的非線性控制器。通過仿真表明,該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)模態(tài)切換的平穩(wěn)過渡。最后,利用線性時序邏輯(LTL)理論為傾轉(zhuǎn)旋翼機進行巡航任務(wù)規(guī)劃。首先建立了傾轉(zhuǎn)旋翼機的飛行環(huán)境模型并將其轉(zhuǎn)化成可擴展加權(quán)切換系統(tǒng)。其次將巡航任務(wù)用LTL公式進行描述并用LTL2BA工具將其轉(zhuǎn)化成Buchi自動機。再將切換系統(tǒng)與Buchi自動機做笛卡爾乘積生成Product自動機。最后在飛行約束條件下利用粒子群算法為傾轉(zhuǎn)旋翼機進行路徑尋優(yōu)。通過仿真實驗,此方案能使傾轉(zhuǎn)旋翼機有效地完成既定的巡航任務(wù)并保持姿態(tài)的穩(wěn)定。
【圖文】：

圖１．４韓國ＴＲ－６０無人機邐圖１．５以色列黑豹無人機逡逑以色列的無人機技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先行列。以色列航宇工業(yè)公司（ＩＡＩ）于逡逑２０１０年研制出了一款名為“黑豹”（Ｐａｎｔｈｅｒ）的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機。“黑豹”裝備逡逑３臺電動機，兩臺可傾轉(zhuǎn)電動機位于機翼根部，一臺位于機身尾部提供升力，飛逡逑機動力由電池提供。其機翼翼展有２米、６米、８米三種可供選擇，使用６米的翼展逡逑時可以載重８千克飛行６小時，最高速度可達到７０節(jié)。并且其機腹下方搭載自動導(dǎo)逡逑航系統(tǒng)及夜視攝像頭，可提供戰(zhàn)場實時影像信息。逡逑雖然我國在這一技術(shù)上的研宄起步較晚，但是發(fā)展速度迅猛，我國在功率超逡逑５０００ＫＷ的大功率渦軸發(fā)動機研發(fā)成功，為傾轉(zhuǎn)旋翼機的研制打下了堅實的基礎(chǔ)。逡逑“藍鯨”是我國正在研發(fā)的一款新型傾轉(zhuǎn)旋翼機，它是一種雙固定翼四旋翼的結(jié)逡逑構(gòu)，通過傾轉(zhuǎn)四個旋翼完成飛行模態(tài)切換�！八{鯨”的巡航速度為每小時５３８公逡逑里，最大速度有望達到７００公里每小時，可搭載２０噸貨物，航程可達３１００多公里，逡逑實用升限為８６１５米。目前美國的新一代傾轉(zhuǎn)旋翼機己經(jīng)問世，而我國的“藍鯨”逡逑仍在研制之中，在傾轉(zhuǎn)旋翼機這一技術(shù)上我國與國際領(lǐng)先水平還存在不小的差距，逡逑一。逡逑

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【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;V249.1

【參考文獻】

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1 王慶;傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機兩種模式姿態(tài)控制方法研究[D];東南大學(xué);2015年

2 王巖;傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機垂直起降階段控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 陳超;傾轉(zhuǎn)旋翼機過渡過程姿態(tài)控制仿真研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

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本文編號：2610143