無(wú)人機(jī)因其便利、可靠的特點(diǎn)在許多領(lǐng)域內(nèi)得以應(yīng)用。在此背景下,本文提出了一種陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī),并圍繞其機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、飛行動(dòng)力學(xué)模型建立、控制算法等方面展開(kāi)了研究。針對(duì)無(wú)人機(jī)飛行空間的限制問(wèn)題,提出了一種陸空兩棲旋翼式機(jī)械結(jié)構(gòu)的無(wú)人機(jī)。通過(guò)設(shè)計(jì)一種雙輪式行走機(jī)構(gòu)與普通無(wú)人機(jī)相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)陸地行走的目的。同時(shí)由于此機(jī)構(gòu)的存在,能夠?qū)o(wú)人機(jī)起到一定的保護(hù)作用。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中關(guān)鍵性部件進(jìn)行了有限元分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足整個(gè)系統(tǒng)的工作要求。通過(guò)一定合理的假設(shè)與簡(jiǎn)化,根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)以及一般動(dòng)力學(xué)的知識(shí)構(gòu)建了一種無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)模型。具體分析無(wú)人機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型并參考相關(guān)文獻(xiàn)后采取了一種雙層循環(huán)控制框架。此框架外層為PID控制器,用來(lái)控制無(wú)人機(jī)的位置運(yùn)動(dòng)。內(nèi)層框架是一種基于T-S模糊控制器模型的滑模控制器,用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)姿態(tài)角的控制目的。最后完成了無(wú)人機(jī)硬件與軟件的設(shè)計(jì)與搭建。通過(guò)在MATLAB/SIMULINK中對(duì)無(wú)人機(jī)飛行算法的仿真,驗(yàn)證了本文提出的控制算法的可行性以及優(yōu)點(diǎn)。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)陸地行走能力。 

【文章來(lái)源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３機(jī)械蝙蝠（左）及球形飛行器（右）??

：?１．１??圖２．２陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)陸地前進(jìn)示意圖??通過(guò)圖２．２可知，當(dāng)內(nèi)部無(wú)人機(jī)具有一定俯仰角度之后，其電機(jī)提供的真實(shí)升力會(huì)??分解為水平方向的一個(gè)推進(jìn)力以及向上的升力。其推進(jìn)力可以驅(qū)動(dòng)外部的雙輪行走機(jī)構(gòu)??的路面運(yùn)動(dòng)，而向上的部分升力可以抵消整個(gè)系統(tǒng)的一定重力，從而減小與地面的摩擦??力。??傘?＾—?個(gè)?一＾?Ｋ??ｊｙＳ８Ｂ８９８８ｗＢＳＢＨＢ８Ｂ??ｆ?ｔ??圖２．３陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)陸地轉(zhuǎn)向示意圖??由于無(wú)人機(jī)旋翼與空氣之間的空氣阻力作用，當(dāng)四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速不同的時(shí)候，整個(gè)??系統(tǒng)會(huì)受到一個(gè)轉(zhuǎn)軸為垂直方向的轉(zhuǎn)矩，從而能夠?yàn)殛懣諆蓷硎綗o(wú)人機(jī)提供在陸地??行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向力。??一般的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，以及系統(tǒng)控制輸入與輸出之間的關(guān)系比較復(fù)雜。??上文中只是對(duì)其做了最簡(jiǎn)單的描述，目的在于闡述陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)陸地行駛的方??式以及其可行性。在后面章節(jié)中為了給控制系統(tǒng)做服務(wù)，會(huì)將相關(guān)內(nèi)容詳細(xì)分析與描述。??通過(guò)上述的分析，本文提出了一種為滿足課題要求的陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)整體布局方??案

兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)在不同狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)分析狀況：??：?１．１??圖２．２陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)陸地前進(jìn)示意圖??通過(guò)圖２．２可知，當(dāng)內(nèi)部無(wú)人機(jī)具有一定俯仰角度之后，其電機(jī)提供的真實(shí)升力會(huì)??分解為水平方向的一個(gè)推進(jìn)力以及向上的升力。其推進(jìn)力可以驅(qū)動(dòng)外部的雙輪行走機(jī)構(gòu)??的路面運(yùn)動(dòng)，而向上的部分升力可以抵消整個(gè)系統(tǒng)的一定重力，從而減小與地面的摩擦??力。??傘?＾—?個(gè)?一＾?Ｋ??ｊｙＳ８Ｂ８９８８ｗＢＳＢＨＢ８Ｂ??ｆ?ｔ??圖２．３陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)陸地轉(zhuǎn)向示意圖??由于無(wú)人機(jī)旋翼與空氣之間的空氣阻力作用，當(dāng)四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速不同的時(shí)候，整個(gè)??系統(tǒng)會(huì)受到一個(gè)轉(zhuǎn)軸為垂直方向的轉(zhuǎn)矩，從而能夠?yàn)殛懣諆蓷硎綗o(wú)人機(jī)提供在陸地??行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向力。??一般的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，以及系統(tǒng)控制輸入與輸出之間的關(guān)系比較復(fù)雜。??上文中只是對(duì)其做了最簡(jiǎn)單的描述，目的在于闡述陸空兩棲旋翼式無(wú)人機(jī)陸地行駛的方??式以及其可行性。在后面章節(jié)中為了給控制系統(tǒng)做服務(wù)，會(huì)將相關(guān)內(nèi)容詳細(xì)分析與描述。??通過(guò)上述的分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微小型球形飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 張輝,肖大華,韓寶玲,牛鍇,司世才.  計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2015(07)
[2]基于視覺(jué)的四旋翼無(wú)人機(jī)自主定位與控制系統(tǒng)[J]. 曹美會(huì),鮮斌,張旭,文曦.  信息與控制. 2015(02)
[3]四旋翼飛行器模糊PID姿態(tài)控制[J]. 張鐳,李浩.  計(jì)算機(jī)仿真. 2014(08)
[4]小型無(wú)人機(jī)機(jī)載兩軸云臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 楊潤(rùn),閆開(kāi)印,馬術(shù)文.  自動(dòng)化與儀器儀表. 2014(07)
[5]輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)高精度云臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 黃宵寧,鄭偉,許家浩,王嬌,楊成順.  電子測(cè)量技術(shù). 2014(04)
[6]四旋翼飛行器分散PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制[J]. 陳彥民,何勇靈,孔令博,周岷峰.  中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào). 2014(02)
[7]基于四元數(shù)互補(bǔ)濾波的無(wú)人機(jī)姿態(tài)解算[J]. 呂印新,肖前貴,胡壽松.  燕山大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(02)
[8]高速路監(jiān)視器云臺(tái)設(shè)計(jì)及其動(dòng)力學(xué)仿真[J]. 趙永勝,王飛,安國(guó)平,楊文通.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2009(11)

碩士論文
[1]基于四元數(shù)和卡爾曼濾波的姿態(tài)角估計(jì)算法研究與應(yīng)用[D]. 陳偉.燕山大學(xué) 2015
[2]微小型球形飛行器的研究與設(shè)計(jì)[D]. 肖大華.北京理工大學(xué) 2015
[3]多維MEMS慣性傳感器的姿態(tài)解算算法研究[D]. 劉星.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[4]小型四旋翼低空無(wú)人飛行器綜合設(shè)計(jì)[D]. 江斌.浙江大學(xué) 2013
[5]四旋翼無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航與控制[D]. 鐘佳朋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[6]微小型四旋翼無(wú)人直升機(jī)建模及控制方法研究[D]. 聶博文.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006



本文編號(hào)：2930708