【摘要】：小型多旋翼無(wú)人機(jī)由于其相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu),可以垂直起降且機(jī)動(dòng)性高的運(yùn)動(dòng)特性,目前廣泛應(yīng)用于軍事和日常生活等領(lǐng)域。但多旋翼無(wú)人機(jī)存在欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合的特點(diǎn),對(duì)控制設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的挑戰(zhàn),因此如何有效測(cè)量其動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨飛行參數(shù)的變化規(guī)律,對(duì)于優(yōu)化無(wú)人機(jī)的飛行控制,顯得越來(lái)越重要。本課題以多旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)為研究對(duì)象,通過自行編程設(shè)計(jì)飛行控制器,完成多旋翼無(wú)人機(jī)的硬件設(shè)計(jì)與選型。在此基礎(chǔ)上對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。首先建立多旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)不同工作模式下的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析,并以此為基礎(chǔ)對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),組建了基于Arduino飛控系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)樣機(jī)。最后,搭建基于多維力傳感器的無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)有基于NI虛擬儀器平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集模塊、基于光電傳感器的測(cè)速模塊和基于三維力傳感器的升力測(cè)量模塊等組成�；谏鲜鰧�(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)不同工況下的無(wú)人機(jī)的升力等動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,測(cè)得單旋翼測(cè)試實(shí)驗(yàn)的升力系數(shù)為0.000545,雙旋翼測(cè)試實(shí)驗(yàn)的升力系數(shù)為0.001448,四旋翼測(cè)試實(shí)驗(yàn)的升力系數(shù)為0.002354,并測(cè)量出飛行器偏航運(yùn)動(dòng)時(shí)x軸的力矩最大值為0.4N_m,y軸力矩最大值為0.7 N m,驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的飛行控制器的控制穩(wěn)定性,完成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。本課題通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,所提出的無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)量方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)不同工況下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律的分析和研究,為后續(xù)無(wú)人機(jī)的控制策略的優(yōu)化提供了一種有效的手段。
【圖文】：

１９２１年，美國(guó)陸軍航空兵團(tuán)隊(duì)資助了由Ｇｅｏｒｇｅ邋ｄｅ邋Ｂｏｔｈｅｚａｔ博士領(lǐng)導(dǎo)的無(wú)人機(jī)計(jì)劃逡逑【２４］。Ｂｏｔｈｅｚａｔ的四旋翼飛機(jī)，如圖１－３所示，在俄亥俄州萊特－帕特森空軍基地的前身逡逑麥庫(kù)克球場(chǎng)秘密研究，，直到１９２２年１２月１８日第一次飛行。除了四個(gè)主轉(zhuǎn)子之外，還逡逑有兩個(gè)額外的螺旋槳用于方向控制，另外兩個(gè)位于發(fā)動(dòng)機(jī)上方，提供冷卻和一些額外的逡逑升力。逡逑ｎ—３＾逡逑ｉｉ：邐Ｓ飛七擎＾於逡逑…逡逑圖１－３邋Ｄｅ邋Ｂｏｔｈｅｚａｔ的飛行器【２４】逡逑后來(lái)，Ｅｔｉｅｎｎｅ邋Ｏｅｍｉｃｈｅｎ在１９２４年４月１４日設(shè)定的飛行器距離記錄時(shí)確定了四旋逡逑翼配置的可行性。Ｏｅｍｉｃｈｅｎ用他的四旋翼飛行器進(jìn)行了一千多個(gè)飛行測(cè)試，如圖１－４逡逑所示，它還使用了額外的螺旋槳進(jìn)行控制。到１９５６年，卡普蘭進(jìn)一步改進(jìn)了四旋翼，逡逑并證明了利用雙旋翼之間的差推力控制飛機(jī)姿態(tài)的能力［２５］。逡逑－－…－．邋．．邋．．．邋．－－＿．．．．——．…N逡逑■■■■■■■■■■■■逡逑圖１－４邋Ｏｅｍｉｃｈｅｎ設(shè)計(jì)的四旋翼［２５】逡逑３逡逑

１９２１年，美國(guó)陸軍航空兵團(tuán)隊(duì)資助了由Ｇｅｏｒｇｅ邋ｄｅ邋Ｂｏｔｈｅｚａｔ博士領(lǐng)導(dǎo)的無(wú)人機(jī)計(jì)劃逡逑【２４］。Ｂｏｔｈｅｚａｔ的四旋翼飛機(jī)，如圖１－３所示，在俄亥俄州萊特－帕特森空軍基地的前身逡逑麥庫(kù)克球場(chǎng)秘密研究，直到１９２２年１２月１８日第一次飛行。除了四個(gè)主轉(zhuǎn)子之外，還逡逑有兩個(gè)額外的螺旋槳用于方向控制，另外兩個(gè)位于發(fā)動(dòng)機(jī)上方，提供冷卻和一些額外的逡逑升力。逡逑ｎ—３＾逡逑ｉｉ：邐Ｓ飛七擎＾於逡逑…逡逑圖１－３邋Ｄｅ邋Ｂｏｔｈｅｚａｔ的飛行器【２４】逡逑后來(lái)，Ｅｔｉｅｎｎｅ邋Ｏｅｍｉｃｈｅｎ在１９２４年４月１４日設(shè)定的飛行器距離記錄時(shí)確定了四旋逡逑翼配置的可行性。Ｏｅｍｉｃｈｅｎ用他的四旋翼飛行器進(jìn)行了一千多個(gè)飛行測(cè)試，如圖１－４逡逑所示，它還使用了額外的螺旋槳進(jìn)行控制。到１９５６年，卡普蘭進(jìn)一步改進(jìn)了四旋翼，逡逑并證明了利用雙旋翼之間的差推力控制飛機(jī)姿態(tài)的能力［２５］。逡逑－－…－．邋．．邋．．．邋．－－＿．．．．——．…N逡逑■■■■■■■■■■■■逡逑圖１－４邋Ｏｅｍｉｃｈｅｎ設(shè)計(jì)的四旋翼［２５】逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279

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本文編號(hào)：2709177