【摘要】：近幾年,隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的不斷推進(jìn),越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)嘗試使用無(wú)人機(jī)來(lái)進(jìn)行農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)。與其他傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式相比,使用無(wú)人機(jī)具有效率高、成本低和安全環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。目前使用的農(nóng)用無(wú)人機(jī)大多以多旋翼無(wú)人機(jī)和無(wú)人直升機(jī)為主,這兩類無(wú)人機(jī)雖然在一定程度上提高了監(jiān)測(cè)效率,但在載重量和巡航時(shí)間上與固定翼無(wú)人機(jī)相比還有一定的差距。固定翼無(wú)人機(jī)具有低空低速、載重量大、穩(wěn)定可靠和巡航時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn),彌補(bǔ)了旋翼無(wú)人機(jī)在載重量和巡航時(shí)間上的不足,對(duì)于提高監(jiān)測(cè)效率、節(jié)約資源成本具有現(xiàn)實(shí)意義。要使農(nóng)用無(wú)人機(jī)高效安全的執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù),就必須對(duì)其飛行姿態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。本文將小型固定翼無(wú)人機(jī)作為研究對(duì)象,基于飛行控制理論,設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)的整體技術(shù)架構(gòu),并開展了深入的研究。首先,以無(wú)人機(jī)機(jī)翼為計(jì)算模型,流體力學(xué)分析軟件(Fluent)為計(jì)算工具,對(duì)該型實(shí)驗(yàn)無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)性做了分析,得出了氣動(dòng)參數(shù)。通過(guò)分析氣動(dòng)參數(shù),確定該無(wú)人機(jī)氣動(dòng)性良好,可以滿足本文的實(shí)驗(yàn)要求。其次,根據(jù)氣動(dòng)性分析所得結(jié)果和無(wú)人機(jī)機(jī)體參數(shù),結(jié)合無(wú)人機(jī)飛行控制理論中六自由度運(yùn)動(dòng)方程,通過(guò)小擾動(dòng)原理的線性化建模方法,得出了無(wú)人機(jī)的縱向和橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)的空間狀態(tài)模型。在建立的運(yùn)動(dòng)模型基礎(chǔ)之上,對(duì)無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)的俯仰角控制、高度控制、滾轉(zhuǎn)角控制和偏航角控制運(yùn)用模糊PID的控制策略進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后,利用Simulink仿真工具對(duì)所設(shè)計(jì)的各姿態(tài)角控制回路及高度控制回路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),所得到的結(jié)果表明:該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速,表現(xiàn)出了魯棒性較強(qiáng)的特點(diǎn)。在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中,對(duì)所設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)的實(shí)用性和穩(wěn)定性進(jìn)行充分的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地選擇在哈爾濱群力新區(qū)松花江堤壩側(cè)空曠場(chǎng)地,經(jīng)過(guò)航跡規(guī)劃后的實(shí)際飛行,數(shù)據(jù)傳輸模塊傳回了飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)所傳回?cái)?shù)據(jù)的整理和分析,證明了本文研究的無(wú)人機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)可控性強(qiáng),具有一定的抗干擾能力,為農(nóng)用無(wú)人機(jī)的安全精準(zhǔn)完成飛行任務(wù)提供了技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S25
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本文編號(hào)：2674860