近年來,無人機(jī)發(fā)展迅速,應(yīng)用場景豐富,得到了很大的重視。無人機(jī)控制決定了整個(gè)無人機(jī)的性能,整個(gè)控制系統(tǒng)非常復(fù)雜,包括對傳感器的誤差補(bǔ)償以及一般意義上的控制程序,控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行試飛驗(yàn)證,這就大大增加了人力物力的投入。因此,建立面向飛行控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真平臺就是一個(gè)必然選擇。本文以小型樣例無人直升機(jī)為研究對象,研究其建模機(jī)理,并構(gòu)建了一個(gè)精確的無人直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型,為飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真提供可靠的動(dòng)力學(xué)模型。首先,論文建立了飛行時(shí)的大氣環(huán)境模型和世界地磁模型,采用ISA大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和WMM世界地磁模型建立環(huán)境模型,為氣動(dòng)力建模和傳感器誤差建模奠定了基礎(chǔ)。其次,針對涵道式共軸雙旋翼無人直升機(jī),詳細(xì)闡述了各個(gè)氣動(dòng)模塊的建立過程,推導(dǎo)了共軸雙旋翼和螺旋槳的氣動(dòng)力表達(dá)式,建立了機(jī)體運(yùn)動(dòng)方程,計(jì)算得到實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。再次,建立了傳感器誤差。采用誤差辨識的方法,辨識了實(shí)驗(yàn)得到的加速度計(jì)、磁力計(jì)和GPS的靜態(tài)誤差,采用白噪聲模擬該誤差。最后,采用Simmechanics和aerospace工具箱在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境中建立了樣例無人機(jī)的飛行仿真模型,編寫了相應(yīng)的仿真程序,在加入簡... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

AV500無人直升機(jī)2015年，AV500無人直升機(jī)在內(nèi)蒙古阿拉善地區(qū)開展了高原試飛，驗(yàn)證了優(yōu)良的高原飛行品質(zhì)

第二章 建模環(huán)境概要與模型架構(gòu)設(shè)計(jì)于無人直升機(jī)的快速發(fā)展，對無人直升機(jī)的仿真需求也越來越大，多飛行仿真平臺軟件，一個(gè)優(yōu)秀的平臺應(yīng)為開發(fā)精確的飛行動(dòng)力學(xué)機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)仿真軟件有 FLIGHTLAB、GENHEL 等。在國內(nèi)用的ULINK 仿真軟件，可以方便的搭建直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型，開發(fā)飛行景軟件（如 FLIGHTGEAR）連接，實(shí)現(xiàn)視景仿真。并且 MATLAB滿足對一個(gè)飛行仿真平臺的要求。象研究式共軸雙旋翼無人直升機(jī)為研究對象，該飛行器采用涵道式共軸雙力的螺旋槳，如圖 2.1 所示。

Mechanics 擁有一系列的模塊庫，機(jī)械模型和仿真工具。這些模塊庫里的模塊是構(gòu)成機(jī)基礎(chǔ)。機(jī)械系統(tǒng)由剛體組成，這些剛體之間由代表了平移自由度和旋轉(zhuǎn)自由度的運(yùn)動(dòng)來，可以在剛體上施加運(yùn)動(dòng)約束，應(yīng)用力或者轉(zhuǎn)矩，集成牛頓動(dòng)力學(xué)，以及測量最終和用標(biāo)準(zhǔn)的 Simulink 工具箱建模一樣，用戶可以用一些分層子系統(tǒng)表達(dá)出機(jī)械系統(tǒng)。imMechanics 建立機(jī)械仿真模型的步驟主要有：立機(jī)械模型。指定剛體的質(zhì)量和慣性、自由度和約束，定義附著在剛體上的坐標(biāo)系來的力和運(yùn)動(dòng)。立傳感器模塊記錄運(yùn)動(dòng)和力，建立執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)來對附著在剛體上的坐標(biāo)系施加力或從而初始化運(yùn)動(dòng)。始仿真。利用 Simulink 求解器來計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)要滿足施加的約束。用 SimMechanics 的可視化窗口，在建立模型時(shí)可以將剛體可視化，在運(yùn)行模型時(shí)你仿真動(dòng)畫化。Mechanics 系統(tǒng)包含的模塊有（如下圖所示）：具有質(zhì)量的實(shí)體單元；平移和旋轉(zhuǎn)連接；向機(jī)械系統(tǒng)提供力和力矩作用的作動(dòng)器單元，這個(gè)可以接受 Simulink 信號；測量機(jī)動(dòng)物理量的傳感器單元，可以向 Simulink 模型輸出信號。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]復(fù)合式無人飛行器試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)與測試[D]. 程太明.南京航空航天大學(xué) 2015
[2]基于MEMS/GPS的微型無人機(jī)組合航姿系統(tǒng)研究[D]. 呂印新.南京航空航天大學(xué) 2013



本文編號：3287702