精確定點(diǎn)無(wú)損回收技術(shù)是制約固定翼無(wú)人機(jī)上艦及適應(yīng)復(fù)雜地域使用的關(guān)鍵技術(shù)。繩鉤回收技術(shù)是一種可以在陸基/�；褥o動(dòng)態(tài)平臺(tái)及其狹小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)小型固定翼無(wú)人機(jī)精確定點(diǎn)無(wú)損回收的先進(jìn)技術(shù)。無(wú)人機(jī)繩鉤回收過(guò)程本質(zhì)上是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,必須建立有效的動(dòng)力學(xué)模型才能獲得準(zhǔn)確的響應(yīng)。本文首先基于拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程,建立了固定阻尼的無(wú)人機(jī)繩鉤回收動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)與類似文獻(xiàn)模型的對(duì)比驗(yàn)證了它的準(zhǔn)確性。在得到近似動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,分別對(duì)各個(gè)回收設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行探索,并為回收系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)提供有益的參考。其次,本文基于MSC.ADAMS平臺(tái)還建立了繩鉤回收的多體動(dòng)力學(xué)模型。兩種模型皆證明固定阻尼繩鉤回收裝置存在過(guò)載峰值偏高與過(guò)載變化迅速的缺陷。之后,為改進(jìn)這一缺陷,考慮繩鉤回收系統(tǒng)阻尼力可控的情況,在固定阻尼回收動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立了可變阻尼回收動(dòng)力學(xué)模型。基于Gauss偽譜法,考慮各項(xiàng)約束并以加速度變化率最小與攔阻力最小為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)控制計(jì)算,計(jì)算結(jié)果顯示無(wú)人機(jī)回收過(guò)載峰值明顯降低。可以看出,Gauss偽譜法針對(duì)此問(wèn)題有很好的離線優(yōu)化效果,可作為最優(yōu)規(guī)劃值使用。最后,為了在線實(shí)現(xiàn)最優(yōu)規(guī)劃值,通過(guò)反饋線性化的方法,利用LQR對(duì)解耦后的系統(tǒng)進(jìn)行反饋跟蹤控制并進(jìn)行仿真。再將此反饋跟蹤方法進(jìn)一步推廣到多體動(dòng)力學(xué)模型中,進(jìn)行Matlab/ADAMS聯(lián)合仿真。仿真結(jié)果顯示規(guī)劃結(jié)果大部分被保留下來(lái),可變阻尼系統(tǒng)對(duì)比固定阻尼系統(tǒng)有著過(guò)載峰值更小和回收效率更高的優(yōu)勢(shì)。說(shuō)明對(duì)繩鉤回收系統(tǒng)進(jìn)行阻尼力控制可以顯著降低回收過(guò)載峰值和過(guò)載波動(dòng),有利于提高無(wú)人機(jī)回收時(shí)的安全性與穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279
【部分圖文】：

的回收?qǐng)龅孛娣e小且受回收地形條件影響小，因此它專用的著陸發(fā)動(dòng)機(jī)或是利用矢量發(fā)動(dòng)機(jī)提供的推力與由回收裝置、導(dǎo)引裝置與阻尼裝置三部分組成�；厥铡④囕d或是艦載)，鎖鉤(布置在翼尖或是機(jī)身)以及攔阻固定翼無(wú)人機(jī)通過(guò)導(dǎo)引裝置的引導(dǎo)，使翼尖或機(jī)體小連接吸能裝置，觸繩后系統(tǒng)緩慢吸收無(wú)人機(jī)的機(jī)械能攔阻回收[22]。小型固定翼無(wú)人機(jī)的回收方式[21-23]，相比于撞網(wǎng)回收。它可以實(shí)現(xiàn)逃逸復(fù)飛，而且回收后處理所耗費(fèi)的時(shí)傘降回收，繩鉤回收在回收時(shí)不會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)造成傷害艦船上有著不錯(cuò)的效果[24]。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文動(dòng)力學(xué)方程： 1022110 10 12 2 2 210 102022220 20 22 2 2 22020)( ) ( )( ) ( )xx y y R xmx K x y R R cx R y x R yxx y y R xK x R y R c cxx R y x R y (3.6 1022 10110 10 12 2 2 210 102022 20220 20 22 2 2 22020)( ) ( )( ) ( )xx y y R R ymy K x y R R cx R y x R yxx y y R R yK x R y R c mg cyx R y x R y (3.7此動(dòng)力學(xué)方程可以基于 MATLAB 平臺(tái)采用 ODE45 法進(jìn)行求解。依據(jù)文獻(xiàn)提供的工況，利用兩自由度模型的仿真結(jié)果與文獻(xiàn)[24]中的類似模型的結(jié)果進(jìn)行對(duì)行對(duì)比。工況如下：無(wú)人機(jī)質(zhì)量為 20kg，回收速度為 25m/s，上段繩長(zhǎng) 7.5m，下段繩長(zhǎng) 7.5m，簧剛度為 367N/m，下段彈簧剛度為 128N/m，阻尼均為 30Nm/s。

圖 3.4~3.7 中反應(yīng)對(duì)于不同參數(shù)，不同參數(shù)取值下的無(wú)人機(jī)加速度與速度響應(yīng)圖像，基準(zhǔn)工況如表 3.1 所示。在參數(shù)探索中，簡(jiǎn)化考慮動(dòng)力學(xué)模型，認(rèn)為上下段的彈簧剛度與阻尼相等即 k1=k2=k，c1=c2=c。表 3. 1 無(wú)人機(jī)繩鉤回收基準(zhǔn)仿真工況參數(shù)名稱 數(shù)值 單位無(wú)人機(jī)質(zhì)量 20 kg回收初始速度 25 m/s彈簧剛度 300 N/m阻尼器阻尼 30 Ns/m攔阻繩長(zhǎng) 15 m撞繩點(diǎn)離地面距離 7.5 m圖 3.4 展示了不同彈簧剛度下，無(wú)人機(jī)的加速度與速度時(shí)域圖像。隨著剛度增加，無(wú)人機(jī)回收時(shí)的加速度峰值隨之上升，且回收速度變化更加劇烈，曲線明顯左移。剛度由 200 增大到400 時(shí)，加速度峰值上升 70%，在第一次回彈后的無(wú)人機(jī)速度上升 26%。
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本文編號(hào)：2878510