本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)多變量非線性魯棒控制方法研究

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【摘要】：四旋翼無人機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單且造價低廉的飛行器,在軍事、工業(yè)、教育和消費(fèi)領(lǐng)域具有廣泛的用途。目前,多數(shù)四旋翼控制器是在PID控制器模型的基礎(chǔ)上通過仿真和試驗的方法調(diào)節(jié)其參數(shù)獲得。因此,本文致力于從理論層面出發(fā),建立四旋翼執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)體的模型,并推導(dǎo)出控制器。首先,本文介紹了螺旋翼的升力原理和模型、基于格子玻爾茲曼仿真方法和螺旋翼試驗方法。分析了模型的準(zhǔn)確性和仿真方法的適用性。分析了具有不同葉片數(shù)量,但葉形相同的螺旋翼之間的空氣動力學(xué)性能,并提出了螺旋翼模型的改進(jìn)模型。其次,引入了傳統(tǒng)直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,并推導(dǎo)出了PWM波的占空比與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系。提出了直流電動機(jī)中關(guān)鍵參數(shù)的計算方法。然后,根據(jù)理論力學(xué)方法推導(dǎo)出了多旋翼無人機(jī)的動力學(xué)模型;根據(jù)非線性控制理論討論了多旋翼無人機(jī)的能控性。計算了本文所使用的四旋翼無人機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量�？紤]到實際飛行情況,將非線性方程簡化為線性方程。最后,根據(jù)四旋翼的動力學(xué)方程和飛行特點(diǎn)設(shè)計了內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制器,并根據(jù)實際情況分配各個控制環(huán)節(jié)的控制量。應(yīng)用H∞控制理論計算出了相應(yīng)的控制器,并且通過了試驗驗證。
【關(guān)鍵詞】：螺旋翼 格子Boltzmann 直流電動機(jī) 四旋翼 H∞控制
【學(xué)位授予單位】：中國航天科技集團(tuán)公司第一研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 1 引言7-16
• 1.1 課題背景7-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 四旋翼無人機(jī)國外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢11-14
• 1.2.2 四旋翼無人機(jī)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢14-15
• 1.3 課題研究內(nèi)容及意義15
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)15-16
• 2 螺旋翼氣動特性16-37
• 2.1 螺旋翼及其工作原理16-18
• 2.1.1 螺旋翼概念及幾何參數(shù)16-17
• 2.1.2 螺旋翼的工作原理17-18
• 2.1.3 螺旋翼周圍流場特性18
• 2.2 螺旋翼氣動特性分析方法18-22
• 2.2.1 螺旋翼結(jié)構(gòu)信息獲取18-20
• 2.2.2 螺旋翼多葉片構(gòu)造20
• 2.2.3 計算流體力學(xué)方法20-22
• 2.3 螺旋翼（2 個葉片）氣動分析實例22-27
• 2.3.1 仿真參數(shù)設(shè)定23
• 2.3.2 螺旋翼周圍流體壓強(qiáng)仿真結(jié)果23-24
• 2.3.3 螺旋翼周圍流體渦流仿真結(jié)果24
• 2.3.4 螺旋翼周圍流體速度仿真結(jié)果24-26
• 2.3.5 螺旋翼升力仿真結(jié)果26-27
• 2.4 螺旋翼（2 個葉片）試驗驗證27-30
• 2.4.1 試驗方法概述27
• 2.4.2 試驗原理27-28
• 2.4.3 試驗流程和結(jié)果28-30
• 2.5 螺旋翼（32 個葉片）氣動仿真分析30-35
• 2.5.1 螺旋翼（32 個葉片）氣動仿真結(jié)果30-31
• 2.5.2 單個葉片升力減小原因探究31-35
• 2.6 本章小結(jié)35-37
• 3 直流電動機(jī)工作特性37-57
• 3.1 直流電動機(jī)及其工作原理37-40
• 3.1.1 直流電動機(jī)的組成37
• 3.1.2 直流電動機(jī)的工作原理37-39
• 3.1.3 直流無刷電動機(jī)的工作原理39-40
• 3.2 直流電動機(jī)的控制方法40-42
• 3.2.1 直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法介紹40-41
• 3.2.2 PWM控制41-42
• 3.3 直流電動機(jī)建模42-47
• 3.3.1 直流電動機(jī)模型及穩(wěn)定性42-44
• 3.3.2 PWM控制及穩(wěn)定性44-47
• 3.4 直流電動機(jī)試驗和仿真47-56
• 3.4.1 試驗方法概述47-48
• 3.4.2 試驗數(shù)據(jù)及分析48-50
• 3.4.3 電動機(jī)參數(shù)計算50-51
• 3.4.4 模型驗證51-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 4 四旋翼無人機(jī)57-73
• 4.1 多旋翼無人機(jī)及其工作原理57-59
• 4.1.1 多旋翼的組成57-58
• 4.1.2 四旋翼無人機(jī)工作原理58-59
• 4.2 四旋翼機(jī)身參數(shù)59-62
• 4.2.1 四旋翼結(jié)構(gòu)參數(shù)59-61
• 4.2.2 四旋翼姿態(tài)位置參數(shù)61-62
• 4.3 四旋翼模型62-72
• 4.3.1 多旋翼模型62-64
• 4.3.2 多旋翼無人機(jī)能控條件64-68
• 4.3.3 四旋翼模型68-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 5 四旋翼無人機(jī)H_∞控制器設(shè)計73-100
• 5.1 旋翼無人機(jī)控制器設(shè)計73-74
• 5.1.1 四旋翼無人機(jī)控制器概要73
• 5.1.2 內(nèi)環(huán)控制回路73-74
• 5.1.3 外環(huán)控制器74
• 5.2 旋翼無人機(jī)狀態(tài)方程74-77
• 5.2.1 旋翼系統(tǒng)內(nèi)環(huán)狀態(tài)方程75-76
• 5.2.2 旋翼系統(tǒng)外環(huán)狀態(tài)方程76-77
• 5.3 H_∞控制器設(shè)計77-95
• 5.3.1 控制量限定77-78
• 5.3.2 姿態(tài)傳遞函數(shù)矩陣及解耦78-79
• 5.3.3 俯仰、橫滾H_∞控制器79-88
• 5.3.4 航向角H_∞控制器88-91
• 5.3.5 高度H_∞控制器91-93
• 5.3.6 外環(huán)控制器93-95
• 5.4 試驗95-99
• 5.4.1 試驗設(shè)備96
• 5.4.2 飛行試驗96-99
• 5.5 本章小結(jié)99-100
• 結(jié)論100-101
• 參考文獻(xiàn)101-104
• 攻讀碩士期間取得的學(xué)術(shù)成果104-105
• 致謝105-108

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 齊書浩;劉素娟;張文明;肖心想;;低雷諾數(shù)下微型四旋翼飛行器氣動和振動特性分析[J];噪聲與振動控制;2013年05期

2 翟旭軍;趙凱;;格子Boltzmann守恒型非平衡態(tài)的外推邊界[J];計算物理;2012年03期

3 夏長亮;方紅偉;;永磁無刷直流電機(jī)及其控制[J];電工技術(shù)學(xué)報;2012年03期

4 陳文軒;;旋翼流場流動機(jī)理研究[J];直升機(jī)技術(shù);2011年02期

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本文編號：886626