發(fā)布時(shí)間：2017-09-09 18:37

  本文關(guān)鍵詞：坐式垂直起降無人機(jī)的縱向控制研究

  更多相關(guān)文章： 坐式垂直起降無人機(jī) 矢量拉力 歐拉角 萬向節(jié)死鎖 模糊PID

【摘要】：坐式垂直起降無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起飛和降落,同時(shí)兼具固定翼布局具有的尾翼和副翼,能夠以固定翼模式水平飛行,它可以部署在一些具有特殊要求的環(huán)境下完成一些特殊的任務(wù),應(yīng)用前景非常廣闊,潛力巨大。本文主要針對具有矢量拉力的坐式垂直起降無人機(jī)進(jìn)行了研究,其機(jī)身頂端安裝有固定電機(jī)的矢量電機(jī)座,既能控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以改變拉力又能通過控制矢量電機(jī)座的橫向和縱向傾轉(zhuǎn)角度以改變電機(jī)拉力的方向達(dá)到方向和俯仰兩個(gè)姿態(tài)的控制。這種控制方式下,飛行器在低速下飛行的控制力幾乎為常數(shù),極大地提高低速情況下飛行控制系統(tǒng)的靈活性,且直接力控制簡化了系統(tǒng)模型,有利于系統(tǒng)的仿真、分析;機(jī)翼底部安裝有氣動副翼,通過舵機(jī)控制完成滾轉(zhuǎn)操縱。與常規(guī)固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)不同,坐式垂直起降無人機(jī)的俯仰角變化會達(dá)到甚至超過90°,常規(guī)姿態(tài)解算方式會導(dǎo)致萬向節(jié)死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。本課題提出一種改變四元數(shù)旋轉(zhuǎn)順序的姿態(tài)解算方法,避免萬向節(jié)死鎖和奇異點(diǎn)的出現(xiàn)。并采用HMC5883L對偏航角做校正,高度回路采用MS5611傳感器。采用魯棒性和抗干擾性更強(qiáng)的模糊PID控制器對飛行器縱向姿態(tài)進(jìn)行控制,采用串級PID對橫滾、航向姿態(tài)和高度進(jìn)行控制。針對具有矢量拉力的“坐”式垂直起降固定翼無人機(jī)進(jìn)行動力學(xué)建模,分析系統(tǒng)模型的懸停、傾轉(zhuǎn)過程的縱向穩(wěn)定性并設(shè)計(jì)模糊PID控制器和相關(guān)隸屬度函數(shù)進(jìn)行校正和控制。編寫基于Delphi的上位機(jī)軟件進(jìn)行PID參數(shù)的設(shè)置和飛行姿態(tài)角的顯示。本文實(shí)現(xiàn)了具有矢量拉力的坐式垂直起降無人機(jī)的起飛、懸停、平飛、降落等四個(gè)過程的轉(zhuǎn)換,根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改進(jìn),具有良好的操作性和適應(yīng)性,廣泛應(yīng)用在一些特殊領(lǐng)域,具有較高的研究意義。
【關(guān)鍵詞】：坐式垂直起降無人機(jī) 矢量拉力 歐拉角 萬向節(jié)死鎖 模糊PID
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V275.1;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題背景與研究意義8-11
• 1.1.1 課題研究背景8-10
• 1.1.2 選題意義及應(yīng)用前景10-11
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容12-14
• 1.4 本章小結(jié)14-16
• 第2章 坐式垂直起降無人機(jī)構(gòu)成16-20
• 2.1 無人機(jī)選型16-17
• 2.2 矢量電機(jī)座設(shè)計(jì)17
• 2.3 機(jī)翼翼型選擇17-18
• 2.4 動力系統(tǒng)組成18-19
• 2.5 遙控設(shè)備選型19
• 2.6 本章小結(jié)19-20
• 第3章 坐式垂直起降無人機(jī)控制系統(tǒng)硬件20-32
• 3.1 主控制器選型20-21
• 3.2 高度傳感器選型21-23
• 3.3 姿態(tài)傳感器23-25
• 3.4 磁羅盤傳感器25-26
• 3.5 PPM編碼器26-28
• 3.6 數(shù)傳模塊28
• 3.7 PCB制版與實(shí)物28-29
• 3.8 系統(tǒng)電源模塊29
• 3.9 本章小結(jié)29-32
• 第4章 坐式垂直起降無人機(jī)控制系統(tǒng)軟件32-50
• 4.1 主程序設(shè)計(jì)32
• 4.2 濾波算法設(shè)計(jì)32-36
• 4.2.1 滑動平均濾波32-34
• 4.2.2 卡爾曼濾波34-36
• 4.3 控制算法設(shè)計(jì)36-39
• 4.3.1 模糊PID算法36-39
• 4.3.2 串級PID算法39
• 4.4 姿態(tài)解算研究39-46
• 4.5 控制方案46-47
• 4.6 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)47-49
• 4.6.1 編程語言選取47-48
• 4.6.2 通信協(xié)議48-49
• 4.7 DMA控制器49
• 4.8 本章小結(jié)49-50
• 第5章 坐式垂直起降無人機(jī)縱向姿態(tài)控制50-62
• 5.1 坐標(biāo)系選擇50
• 5.2 舵機(jī)回路50-51
• 5.3 飛機(jī)縱向控制建模與仿真51-56
• 5.3.1 建立數(shù)學(xué)模型51-54
• 5.3.2 仿真結(jié)果比較與分析54-56
• 5.4 飛機(jī)橫滾、航向控制56
• 5.5 高度控制56-57
• 5.6 飛行試驗(yàn)57-61
• 5.6.1 縱向俯仰控制飛行試驗(yàn)57-59
• 5.6.2 滾轉(zhuǎn)控制飛行試驗(yàn)59-61
• 5.7 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 附錄64-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文76-78
• 致謝78

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭大壯;;下一代是什么“鷹”?——美國垂直起降“X-飛機(jī)”項(xiàng)目前瞻[J];航空世界;2014年07期

2 Armstrong;;法蘭西戰(zhàn)鷹(二) 斯奈克瑪?shù)摹凹紫x”——法國立式垂直起降環(huán)翼機(jī)研制始末[J];航空世界;2013年04期

3 朱寶流;;垂直起降戰(zhàn)機(jī)的變遷[J];兵器知識;2001年10期

4 余飛;;“神劍”和“戰(zhàn)斗豬”美國兩種新型垂直起降無人戰(zhàn)機(jī)[J];國際航空;2009年02期

5 龐瑞;史忠科;;垂直起降戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)非線性預(yù)測控制仿真研究[J];計(jì)算機(jī)仿真;2013年12期

6 馬世強(qiáng);;雅克-141垂直起降探秘[J];航空知識;2008年02期

7 ;美國啟動可垂直起降X飛機(jī)項(xiàng)目[J];飛航導(dǎo)彈;2014年04期

8 劉盛平;陸震;吳立成;;垂直起降飛機(jī)的全局軌跡跟蹤控制[J];控制與決策;2007年08期

9 遼粵;;廣西讀者李福全設(shè)計(jì)的驅(qū)護(hù)艦載垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)[J];現(xiàn)代艦船;2010年05期

10 吳潤中;非主流垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)[J];航空史研究;2001年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 喬立民;楊永波;張顯余;顧瑞;;一種新型垂直起降升力裝置氣動特性分析與數(shù)值仿真[A];中國航空學(xué)會第七屆動力年會論文摘要集[C];2010年

2 劉亮;饒進(jìn)軍;;尾坐式無人定翼機(jī)動力學(xué)建模與仿真分析[A];2011年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 高原;美軍投巨資研發(fā)可垂直起降的“飛車”[N];新華每日電訊;2010年

2 ;美私企火箭實(shí)現(xiàn)垂直起降，可重復(fù)使用[N];新華每日電訊;2013年

3 吳東風(fēng) 侯豫 李泰興 編譯 國防科技大學(xué)國際問題研究中心;美推進(jìn)下一代垂直起降與旋翼飛機(jī)計(jì)劃[N];科技日報(bào);2014年

4 記者　毛黎;美商人投資開發(fā)垂直降落飛船[N];科技日報(bào);2006年

5 丁潔;美研發(fā)垂直起降艦載無人機(jī)[N];中國航天報(bào);2014年

6 曉 維;垂直起降“混血雜交”再造“大力神”[N];大眾科技報(bào);2003年

7 羅海濤;戰(zhàn)斗機(jī)中的“直升機(jī)”[N];中國國防報(bào);2009年

8 劉民放;能飛的汽車[N];光明日報(bào);2005年

9 總參陸航部 尤軍;我陸航迎來戰(zhàn)略發(fā)展機(jī)遇[N];解放軍報(bào);2009年

10 劉世東;日本有意給自衛(wèi)隊(duì)配備“魚鷹”[N];解放日報(bào);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 劉晨;雙涵道風(fēng)扇垂直起降飛行器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2015年

2 汪文凱;可垂直起降固定翼飛行器概念設(shè)計(jì)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

3 奚樂樂;坐式垂直起降無人機(jī)的縱向控制研究[D];河北科技大學(xué);2016年

4 洪亮;垂直起降飛行器排氣噴管性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

5 王繼磊;新型垂直起降飛行器總體方案飛行力學(xué)特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

6 萬德旺;四旋翼垂直起降機(jī)控制問題的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 楊開艷;欠驅(qū)動垂直起降無人飛行器的非線性控制研究[D];天津大學(xué);2010年

8 陳哲吾;涵道式垂直起降兩棲飛行器原理設(shè)計(jì)與研究[D];湖南大學(xué);2010年

，

本文編號：822097