涵道風扇式無人機是一種冗余配置操縱面的無人飛行器,其控制系統(tǒng)設(shè)計需要解決的問題之一是如何將控制律分配到冗余的操縱面中執(zhí)行,即控制分配問題。在涵道風扇式無人機的控制分配環(huán)節(jié),控制律將作為期望力矩,控制分配算法根據(jù)期望力矩求解一組操縱面指令,使得所有操縱面產(chǎn)生的驅(qū)動力矩盡可能等于期望力矩。對于本文研究的一類涵道風扇式無人機——單涵道無人機和雙涵道無人機,其控制分配問題通常使用偽逆法求解,然而偽逆法不能對任意可達的期望力矩都返回容許控制,使冗余的操縱面犧牲了部分控制能力。在多操縱面飛行器的控制系統(tǒng)設(shè)計中,控制分配器和控制器密切相關(guān),控制分配器是控制器的下一環(huán)節(jié)。本文針對一類涵道風扇式無人機設(shè)計了自抗擾控制器進行姿態(tài)控制,并在此基礎(chǔ)上重點討論了兩種涵道無人機的控制分配問題:對單涵道無人機,為了既能對所有可達的期望力矩返回容許控制,又能對不可達的期望力矩做進一步的優(yōu)化,本文提出一種優(yōu)先級控制分配方法。該方法先對期望力矩進行矢量分解并劃分優(yōu)先級,再求解約束最優(yōu)化問題得到容許控制。相比于偽逆法,所提出的方法可對更大范圍的期望力矩返回容許控制,而且當期望力矩不可達時,可以防止系統(tǒng)因執(zhí)行器飽和而產(chǎn)生輸出... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單涵道風扇式無人機

華南理工大學碩士學位論文第二章涵道風扇式無人機建模本章首先針對如圖2-1所示的單涵道風扇式無人機進行建模，然后簡單介紹如圖2-2所示的雙涵道，及其在懸停點附近的氣動力和力矩的數(shù)學模型。在建模過程中將飛行器視為剛體，利用常規(guī)的飛行器建模方法，推導其六自由度運動方程。該方程描述了所研究的涵道風扇式無人機的飛行動力學，借助MATLAB/Simulink軟件實時求解該方程，可以模擬飛行器對給定輸入的響應(yīng)。運動方程的數(shù)學表達式是根據(jù)特定的坐標系建立的，本章首先介紹建模所需的坐標系，將飛行器的平移運動和旋轉(zhuǎn)運動參數(shù)化。其次，根據(jù)牛頓-歐拉法建立描述飛行器行為的微分方程。最后，分別對單、雙涵道，分析所受的氣動力和力矩。圖2-1單涵道風扇式無人機圖2-2雙涵道風扇式無人機2.1坐標系定義及運動方程2.1.1坐標系定義涵道風扇式無人機的六自由度運動包括平移和旋轉(zhuǎn)運動，為方便描述，引入如下坐標系：1)地理坐標系XnYnZn地理坐標系的原點O定義為無人機的起飛點，與起飛點固連，在導航中將其作為慣性參考系。其OXn軸指向當?shù)氐恼狈较�，OYn軸指向正東方向，OZn軸垂直地面向下。又稱“北東地（NED）”坐標系。8

被控對象simulink

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Flight dynamics modeling of a small ducted fan aerial vehicle based on parameter identifcation[J]. Wang Zhengjie,Liu Zhijun,Fan Ningjun,Guo Meifang.  Chinese Journal of Aeronautics. 2013(06)



本文編號：3400738