小型无人直升机分析及飞控系统研究

发布时间：2018-02-10 12:40

  本文关键词： 小型无人直升机 ANSYS 飞行控制系统 模糊自适应PID 北斗/GPS定位　出处：《南昌航空大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：直升机的优势在于能够垂直起降、侧飞、盘旋等。由于其飞行策略的灵活多变，即使在受限制的区域，直升机也可以自由飞行，并能够在空中长时间悬停。具有自主飞行能力的小型无人直升机，无论在军事还是民用方面都有广泛的应用。例如：地理探测与航拍、作战攻击等。但是，无人直升机是一个非线性、强耦合以及非稳定的动力学系统，特别在滞空飞行状态下，容易受到风力的干扰。所以，无人直升机飞行控制技术，已经成为众多国家的军方及大学等研究机构的研究热点。 本文在分析借鉴了国内外研究情况基础上，对小型无人直升机进行了分析，介绍了小型无人直升机飞行原理及特点，建立了其数学模型，利用流体仿真软件分析了机身表面压力分布。利用MATLAB模糊控制工具箱，对模糊自适应PID控制率应用于小型无人直升机的俯仰控制进行了仿真与研究。分模块对飞控硬件系统进行了设计，，包括电源模块、气压高度计模块、姿态传感模块、卫星定位模块和数据存储器模块等，并对模块进行了制作与测试。 在进行流场模拟运算方面，在CATIA中画好模型，采用ANSYS ICEM CFD软件对模型进行了网格划分，生成了小型无人直升机机身的非结构体网格，将网格数据导入到ANSYS FLUENT软件中进行模拟运算，最终得到了机身表面的压力分布图。 在俯仰通道控制研究中，运用MATLAB提供的模糊控制工具箱，设计了模糊自适应PID控制算法，通过编程仿真得到了控制器的阶跃响应，并与传统PID进行对比分析，证明了模糊自适应PID控制算法的有效性。 在飞控系统硬件设计方面，采用了TMS320F2812作为飞控计算机，充分考虑到小型无人直升机搭载负载能力较弱、采用电池供电等情况，选用了占用空间小且功耗低的L3G4200D与LSM303DLHC姿态传感器，MS5611-01BA03气压高度计。定位模块使用了中国具有自主知识产权的北斗导航定位模块，对其性能进行了详细分析与测试。 在软件结构上，对各个模块都进行了驱动设计，利用最小系统板对各模块进行了应用测试。
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【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V275.1;V249.1

【参考文献】

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本文编号：1500533