本文關(guān)鍵詞：多旋翼無人機(jī)慣性測量單元振動分析和減振設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 多旋翼無人機(jī) 減振設(shè)計 頻域分析 有限元方法 卡爾曼濾波

【摘要】：隨著小型多旋翼無人機(jī)得到越來越廣泛的應(yīng)用,多旋翼無人機(jī)的振動分析和減振研究成為多旋翼無人機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。本文針對自主研發(fā)的Hex-rotor多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)特點,對其慣性測量單元進(jìn)行減振設(shè)計。文章從振動分析入手,利用信號處理相關(guān)知識完成了多旋翼無人機(jī)的振動測量以及特性總結(jié),隨后根據(jù)減振的理論知識,通過有限元方法完成了減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計,最后還從仿真實驗、測量實驗以及實際作業(yè)使用三個方面驗證了減振結(jié)構(gòu)的合理性。文章的主要研究內(nèi)容有:(1)分析Hex-rotor多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)特點以及傳感器在無人機(jī)控制中起到的作用,總結(jié)慣性測量單元的特性以及振動對姿態(tài)角的影響,從而明確減振設(shè)計的目標(biāo)和重要性,同時提供減振效果評估的思路。在已有的多旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改,編寫程序,搭建多旋翼無人機(jī)的振動信號高速反饋系統(tǒng),實現(xiàn)三軸加速度信號的高速實時回傳,回傳信號頻率在250Hz以上。再根據(jù)多旋翼無人機(jī)的使用環(huán)境和外界干擾特征,利用該系統(tǒng)設(shè)計了多旋翼無人機(jī)的加速度測量實驗。(2)對電機(jī)轉(zhuǎn)速約為2400轉(zhuǎn)/分鐘和3600轉(zhuǎn)/分鐘時的多旋翼三軸加速度信號分別進(jìn)行采集。根據(jù)慣性測量單元的安裝方式,選擇Z方向重點研究,分析測得的加速度信號的時域特征。再利用傅里葉變換將加速度信號轉(zhuǎn)換到頻域,分析其頻域特征,發(fā)現(xiàn)振幅較大的頻率位于當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速的倍頻處。最后得出通用性的多旋翼無人機(jī)振動頻譜模型,并對各頻率分量上的振動產(chǎn)生原因作出分析。(3)利用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行減振設(shè)計。首先針對推薦的慣性測量單元安裝結(jié)構(gòu)做模態(tài)分析,明確結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠。之后根據(jù)阻尼減振的相關(guān)知識和橡膠材料的特征,設(shè)計合理的減振結(jié)構(gòu)。并利用有限元方法對減振結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)特征進(jìn)行分析。(4)對減振結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗證。首先估計在水平位置附近時,加速度的誤差與角度誤差之間的關(guān)系;隨后根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)融合的卡爾曼濾波原理,建立陀螺儀和加速度計的數(shù)據(jù)融合模型,選擇合適的參數(shù)進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明數(shù)據(jù)融合后得到的角度誤差與振動誤差是同步降低的。接著嘗試制作了減振結(jié)構(gòu)安裝到多旋翼無人機(jī)上,再次進(jìn)行測量實驗,比較減振前后的實際測量結(jié)果。最后在通過實際使用,檢測多旋翼無人機(jī)的飛行效果。由于多旋翼無人機(jī)自身是一個復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng),減振的研究涉及到信號處理、電子學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制學(xué)等理論,本文的內(nèi)容對以上幾門學(xué)科都有涉及,雖然相對基礎(chǔ),但是基本完整地列舉了多旋翼無人機(jī)減振設(shè)計需要考慮的要點,這一設(shè)計過程和方法對相關(guān)研究具有一定的參考價值。最后得出的減振結(jié)構(gòu),應(yīng)用于Hex-rotor上,在實際使用中取得了良好的效果。
【關(guān)鍵詞】：多旋翼無人機(jī) 減振設(shè)計 頻域分析 有限元方法 卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景及意義10-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)14-16
• 1.3 本文研究目標(biāo)和內(nèi)容16-20
• 第2章 Hex-rotor多旋翼無人機(jī)實驗平臺20-32
• 2.1 前言20
• 2.2 Hex-rotor多旋翼無人機(jī)簡介20-25
• 2.3 Hex-rotor多旋翼無人機(jī)控制方法25-27
• 2.4 Hex-rotor多旋翼無人機(jī)慣性測量單元27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 第3章 實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)分析32-42
• 3.1 前言32
• 3.2 多旋翼無人機(jī)振動測量實驗設(shè)計32-35
• 3.3 實驗結(jié)果分析35-39
• 3.4 通用振動模型總結(jié)39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 有限元方法減振設(shè)計42-56
• 4.1 前言42
• 4.2 傳感器安裝結(jié)構(gòu)模態(tài)分析42-46
• 4.3 減振相關(guān)理論46-51
• 4.4 減振設(shè)計51-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 減振效果驗證56-68
• 5.1 前言56
• 5.2 減振結(jié)果仿真56-64
• 5.3 減振后的對比實驗64-66
• 5.4 實際作業(yè)表現(xiàn)66
• 5.5 本章小結(jié)66-68
• 第6章 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 全文工作總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況76-77
• 指導(dǎo)教師及作者簡介77-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馬桂勇;姜大志;;Mooney-Rivlin模型在硅橡膠應(yīng)力錐受力分析中的應(yīng)用[J];膠體與聚合物;2013年04期

2 宮勛;白越;趙常均;高慶嘉;彭程;田彥濤;;Hex-Rotor無人飛行器及其飛行控制系統(tǒng)設(shè)計[J];光學(xué)精密工程;2012年11期

3 張廣玉;張洪濤;李隆球;王林;;四旋翼微型飛行器設(shè)計[J];哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報;2012年03期

4 馮智勇;曾瀚;張力;趙亦欣;黃偉;;基于陀螺儀及加速度計信號融合的姿態(tài)角度測量[J];西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年04期

5 胡麗瑩;肖蓬;;快速傅里葉變換在頻譜分析中的應(yīng)用[J];福建師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年04期

6 劉羽峰;寧媛;;六軸旋翼碟形飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計[J];現(xiàn)代機(jī)械;2010年04期

7 張陽勝;劉榮;;一種新型六旋翼飛行器的設(shè)計[J];機(jī)械與電子;2010年05期

8 張俊團(tuán);陳大維;;安裝底板的柔性對隔振系統(tǒng)的影響[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗;2007年03期

9 李玉峰;秦志剛;;某機(jī)載電子設(shè)備的抗振設(shè)計[J];電子機(jī)械工程;2007年03期

10 謝燕;雷勇軍;周建平;唐國金;;慣導(dǎo)減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化[J];強(qiáng)度與環(huán)境;2005年04期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 劉杭;直升機(jī)旋翼/機(jī)身非定常氣動干擾研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

2 金賀;直升機(jī)旋翼/機(jī)身/尾面的氣動干擾研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

3 李春華;旋翼流場氣動干擾計算與分析[D];南京航空航天大學(xué);2004年

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本文編號：888920