【摘要】：為解決常規(guī)四旋翼無(wú)人機(jī)前飛速度慢、續(xù)航時(shí)間短,固定翼飛行器無(wú)法垂直起降和懸停的不足,本課題主要研究并設(shè)計(jì)了一種串列翼布局,兼具固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)飛行優(yōu)點(diǎn)的小型傾轉(zhuǎn)四旋翼QTR無(wú)人機(jī),具體的研究?jī)?nèi)容主要總結(jié)為如下幾個(gè)方面:設(shè)計(jì)了QTR無(wú)人機(jī)的三維模型并制作了相應(yīng)的物理原型機(jī)。通過(guò)Profili軟件確定了QTR無(wú)人機(jī)適合采用的翼型,并得出了其不同攻角下的升阻系數(shù)。隨后利用ANSYS流體分析軟件對(duì)基于NACA0009翼型的串列翼布局進(jìn)行了氣動(dòng)分析,確定了整體的氣動(dòng)構(gòu)型,并基于Catia設(shè)計(jì)了精確的QTR無(wú)人機(jī)三維模型,加工制作了QTR物理原型機(jī)并進(jìn)行分析。研究了小型傾轉(zhuǎn)四旋翼無(wú)人機(jī)QTR的工作原理及其動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。根據(jù)所設(shè)計(jì)QTR無(wú)人機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性,分析了其各類(lèi)位姿運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的方法。通過(guò)對(duì)QTR無(wú)人機(jī)對(duì)象模型的氣動(dòng)特性、動(dòng)力學(xué)特性等的分析,選取了合適的坐標(biāo)系及狀態(tài)量對(duì)QTR無(wú)人機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,為其控制奠定了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)了QTR無(wú)人機(jī)姿態(tài)和位置跟蹤的控制律及傾轉(zhuǎn)過(guò)渡階段的控制策略。基于所建立的QTR動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型給出了控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu);其次研究了魯棒伺服線性二次型最優(yōu)控制理論的相關(guān)內(nèi)容,并分別基于魯棒伺服線性二次型最優(yōu)控制理論和PID設(shè)計(jì)了姿態(tài)環(huán)和位置環(huán)的控制律;最后針對(duì)QTR飛行過(guò)程中的傾轉(zhuǎn)過(guò)渡階段設(shè)計(jì)了控制策略。對(duì)所設(shè)計(jì)控制律及物理原型機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了獲得更為直觀的仿真效果,基于多平臺(tái)飛行模擬器FlightGear軟件進(jìn)行了Matlab和FlightGear的聯(lián)合仿真,實(shí)現(xiàn)了仿真實(shí)驗(yàn)的可視化。最后,通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)對(duì)QTR原型機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證。
【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;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2635356