發(fā)布時間：2017-09-04 04:38

  本文關(guān)鍵詞：傾轉(zhuǎn)旋翼無人機飛行控制研究

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【摘要】：傾轉(zhuǎn)旋翼無人機是一種新型的無人機,它具有固定翼飛機和直升機的飛行特點。直升機模式時由旋翼提供升力,可進行懸停和低速飛行;旋翼短艙傾轉(zhuǎn)到水平位置后,旋翼提供前向拉力而依靠機翼提供升力,變成固定翼飛機以實現(xiàn)高速飛行。本文以傾轉(zhuǎn)旋翼無人機為研究對象,將通過建立無人機飛行力學(xué)模型研究其在直升機模式、過渡模式、固定翼模式的飛行動力學(xué)特性,在此基礎(chǔ)上進行控制系統(tǒng)設(shè)計并進行數(shù)學(xué)仿真研究。具體的完成的工作如下:(1)采用部件法分別研究了飛行器各部件的氣動力、力矩計算模型,并考慮了旋翼-機翼的氣動干擾,建立了傾轉(zhuǎn)旋翼無人機飛行力學(xué)模型,在Matlab/Simulink環(huán)境下建立了無人機運動仿真模型,用于配平分析和控制系統(tǒng)仿真。(2)分析了傾轉(zhuǎn)旋翼無人機的運動特性,包括靜態(tài)配平特性和動態(tài)擾動運動特性。分別研究了無人機在直升機模式、過渡模式、固定翼模式下平飛時的靜態(tài)縱向配平,分析其飛行操縱規(guī)律,并基于此探討了傾轉(zhuǎn)旋翼無人機的過渡轉(zhuǎn)換路徑。對傾轉(zhuǎn)旋翼無人機的旋翼和舵面兩套操縱系統(tǒng)在過渡轉(zhuǎn)換過程中的操縱效率進行了分析,設(shè)計了操縱策略。在過渡飛行過程中選取了若干特征點,在特征點處基于小擾動假設(shè),建立了線性化狀態(tài)方程,使用特征根分析等手段,分別研究無人機在傾轉(zhuǎn)過渡過程中的擾動運動特性。(3)設(shè)計了傾轉(zhuǎn)旋翼無人機飛行控制系統(tǒng),縱向通道包括俯仰角保持與控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、垂直速度控制系統(tǒng)、高度保持與控制系統(tǒng),橫向通道包括滾轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)、側(cè)滑角控制系統(tǒng)、航向控制系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和回路參數(shù)設(shè)計方法采用基于經(jīng)典控制理論的根軌跡分析、頻域響應(yīng)分析等手段。(4)在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下,進行了六自由度運動方程的數(shù)值仿真,在陣風(fēng)干擾下進行姿態(tài)控制與保持、爬升飛行、高度保持、加速飛行、航向變換等,檢驗建立的數(shù)學(xué)模型及所設(shè)計的控制器的合理性。
【關(guān)鍵詞】：傾轉(zhuǎn)旋翼 飛行力學(xué) 飛行控制 Simulink仿真
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究目的與意義10-11
• 1.2 研究背景11-15
• 1.2.1 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器發(fā)展歷程11-13
• 1.2.2 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器飛行控制研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文研究內(nèi)容與研究方法15-17
• 第2章 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機飛行力學(xué)建模17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 描述機體運動的坐標(biāo)系17-18
• 2.3 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機氣動計算18-27
• 2.3.1 簡化假設(shè)18
• 2.3.2 機翼氣動力和力矩18-21
• 2.3.3 旋翼氣動力和力矩21-24
• 2.3.4 尾翼氣動力和力矩24-25
• 2.3.5 機身氣動力和力矩25-26
• 2.3.6 全機氣動力和力矩綜合26-27
• 2.4 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機操縱系統(tǒng)27-29
• 2.5 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機六自由度運動模型29-32
• 2.5.1 建�；炯僭O(shè)29
• 2.5.2 動力學(xué)方程29
• 2.5.3 運動學(xué)方程29-30
• 2.5.4 Matlab仿真模型30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機運動特性分析33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 配平分析33-34
• 3.3 過渡轉(zhuǎn)換方案34-35
• 3.4 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機擾動運動特性分析35-41
• 3.4.1 運動方程線性化處理35-37
• 3.4.2 縱向擾動運動特性分析37-39
• 3.4.3 橫向擾動運動特性分析39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計42-62
• 4.1 引言42-43
• 4.2 縱向俯仰角控制系統(tǒng)設(shè)計43-46
• 4.3 縱向垂直速度控制系統(tǒng)設(shè)計46-48
• 4.4 縱向高度控制系統(tǒng)設(shè)計48-50
• 4.5 縱向速度控制系統(tǒng)設(shè)計50-53
• 4.6 橫向滾轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)設(shè)計53-56
• 4.7 橫向側(cè)滑角控制系統(tǒng)設(shè)計56-59
• 4.8 橫向航向控制系統(tǒng)設(shè)計59-61
• 4.9 本章小結(jié)61-62
• 第5章 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真62-73
• 5.1 引言62-63
• 5.2 縱向控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真63-69
• 5.2.1 俯仰角控制系統(tǒng)仿真63-65
• 5.2.2 垂直速度控制系統(tǒng)仿真65-67
• 5.2.3 高度保持控制系統(tǒng)仿真67-68
• 5.2.4 速度控制系統(tǒng)仿真68-69
• 5.3 橫向控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真69-72
• 5.3.1 滾轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)仿真69-71
• 5.3.2 航向控制系統(tǒng)仿真71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 總結(jié)與展望73-75
• 1．工作總結(jié)73-74
• 2．工作展望74-75
• 參考文獻75-78
• 附錄A 各部件氣動計算仿真框圖78-83
• 附錄B 氣動參數(shù)83-89
• B1 機翼83-85
• B2 水平尾翼85-86
• B3 垂直尾翼86-87
• B4 旋翼87-88
• B5 機身88-89
• 在學(xué)期間的研究成果和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文89-90
• 致謝90

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本文編號：789411